JP4769586B2 - Plasma reactor and method for improving the uniformity of plasma ion concentration distribution - Google Patents
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Description
[01]本願は、Daniel Hoffmanらによる2004年5月7日出願の米国特許出願第10/841,116号「CAPACITIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH MAGNETIC PLASMA CONTROL」の一部継続出願であり、この出願はDaniel Hoffmanらによる2002年7月9日出願の米国特許出願第10/192,271号「CAPACITIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH MAGNETIC PLASMA CONTROL」の分割出願であり、いずれも本願の譲受人に譲渡されている。 [01] This application is a continuation-in-part of US Patent Application No. 10 / 841,116 “CAPACTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH MANETIC PLASMA CONTROL” filed May 7, 2004 by Daniel Hoffman et al. US Patent Application No. 10 / 192,271, “CAPACTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH MAGNETIC PLASMA CONTROL”, filed July 9, 2002 by Hoffman et al., Both of which are assigned to the assignee of the present application.
[02]容量結合プラズマ反応器は、高アスペクト比の半導体マイクロエレクトロニクス構造の作製に用いられる。このような構造は、典型的に、半導体基板上に形成された1枚以上の薄膜を通る狭く深い開口を有している。容量結合プラズマ反応器は、誘電体エッチングプロセス、金属エッチングプロセス、化学気相堆積法等の、このようなデバイスを作製する各種のプロセスにおいて用いられる。このような反応器は、フォトリソグラフィマスクの作製や半導体フラットパネルディスプレイの作製にも使用される。このような用途は、所望のプロセスを強化する、または可能にするプラズマイオンに依存している。半導体加工物の表面上の半導体プラズマイオンの密度は、プロセスパラメータに影響を及ぼし、特に高アスペクト比マイクロエレクトロニクス構造の作製において重要である。実際に、高アスペクト比マイクロエレクトロニクス集積回路の作製における問題は、加工物表面にわたるプラズマイオン濃度の不均一性が、不均一なエッチング速度または堆積速度によるプロセスの不具合に繋がる可能性があることである。 [02] Capacitively coupled plasma reactors are used to fabricate high aspect ratio semiconductor microelectronic structures. Such structures typically have narrow and deep openings through one or more thin films formed on a semiconductor substrate. Capacitively coupled plasma reactors are used in various processes for making such devices, such as dielectric etch processes, metal etch processes, chemical vapor deposition, and the like. Such a reactor is also used for manufacturing a photolithography mask and a semiconductor flat panel display. Such applications rely on plasma ions that enhance or enable the desired process. The density of semiconductor plasma ions on the surface of the semiconductor workpiece affects process parameters and is particularly important in the fabrication of high aspect ratio microelectronic structures. Indeed, a problem in the fabrication of high aspect ratio microelectronic integrated circuits is that plasma ion concentration non-uniformity across the workpiece surface can lead to process failures due to non-uniform etch or deposition rates. .
[03]典型的な容量結合プラズマ反応器は、反応器チャンバ内にウエハー支持用ペデスタルを、ならびにウエハー支持部の上にあるシーリングを有する。シーリングは、チャンバ内にプロセスガスを噴霧するガス分配プレートを含むことができる。RF電源が、ウエハー支持部上のプラズマを衝突させて維持させるために、ウエハー支持部とシーリングまたは壁部にわたって印加される。チャンバが略円筒形であるのに対し、均一な処理を強化するためにシーリングとウエハー支持部が円筒チャンバと同軸の円形となっている。それでもやはり、このような反応器は不均一なプラズマ密度分布を有する。典型的には、プラズマイオンの径方向密度分布がウエハー支持部の中心上で高く、周辺部近傍で低いことが、重大な問題である。ウエハーまたは加工物表面にわたってプロセス均一性を改善するために、プラズマイオン濃度分布を制御する種々のアプローチが用いられており、少なくとも部分的にはこの問題を克服している。 [03] A typical capacitively coupled plasma reactor has a wafer support pedestal in the reactor chamber and a ceiling overlying the wafer support. The sealing can include a gas distribution plate that sprays process gas into the chamber. An RF power source is applied across the wafer support and the ceiling or wall to keep the plasma on the wafer support colliding. Whereas the chamber is generally cylindrical, the sealing and wafer support are rounded coaxially with the cylindrical chamber to enhance uniform processing. Nevertheless, such a reactor has a non-uniform plasma density distribution. Typically, a significant problem is that the radial density distribution of plasma ions is high on the center of the wafer support and low near the periphery. Various approaches to controlling plasma ion concentration distribution have been used to improve process uniformity across the wafer or workpiece surface, at least in part overcoming this problem.
[04]このようなアプローチの1つは、反応器チャンバの側面周辺に円周方向に離間され、チャンバの中心にすべてが面した磁気コイルのセットを提供することである。比較的低い周波数の正弦波電流が各コイルに供給されるが、ウエハー支持部上に低速回転する磁場を発生するために隣接するコイル内の正弦波電流の位相がオフセットされている。この特徴は、ウエハー支持部上のプラズマイオン濃度の径方向分布を改善する傾向がある。このアプローチが反応性イオンエッチングで使用される場合には、磁気強化反応性イオンエッチング(MERIE)と呼ばれる。このアプローチは一定の制限を有する。特に、磁場の強度に関連する半導体加工物上のマイクロエレクトロニクス構造に対するデバイス損傷を回避するために、磁場の強度を制限する必要があり得る。磁場強度の変化率と関連するチャンバのアーク放電を回避するために強度も制限しなければならない。結果として、全MERIE磁場は実質的に減少される必要があり得るので、プラズマイオン濃度均一性制御において実質的な制限に直面する可能性がある。 [04] One such approach is to provide a set of magnetic coils circumferentially spaced around the sides of the reactor chamber and all facing the center of the chamber. A relatively low frequency sinusoidal current is supplied to each coil, but the phase of the sinusoidal current in adjacent coils is offset to generate a slowly rotating magnetic field on the wafer support. This feature tends to improve the radial distribution of plasma ion concentration on the wafer support. When this approach is used in reactive ion etching, it is called magnetic enhanced reactive ion etching (MERIE). This approach has certain limitations. In particular, it may be necessary to limit the strength of the magnetic field in order to avoid device damage to the microelectronic structures on the semiconductor workpiece related to the strength of the magnetic field. The intensity must also be limited to avoid chamber arcing associated with the rate of change of magnetic field strength. As a result, the total MERIE magnetic field may need to be substantially reduced, so substantial limitations can be encountered in plasma ion concentration uniformity control.
[05]別のアプローチは、CMF(設定可能磁場)と呼ばれ、上記で参照したのと同じ円周方向に離間されたコイルを使用する。しかし、CMFでは、加工物支持部の平面にわたって広がる磁場を一方の側から他方の側にかけるためにコイルが動作される。加えて、磁場は、ウエハー支持部の軸の周りを回転し、径方向の時間平均された磁場を発生する。4個の並列コイルを有する反応器の場合には、1つのDC電流を一対の隣接コイルに、異なる(逆の)DC電流を反対側の一対の隣接コイルに与えることによって、これが全て成し遂げられる。上述のように、コイルはこのパターンを回転して磁場が回転するように切り替えられる。このアプローチは、CMF磁場を突然切り替えることによるチャンバまたはウエハーのアーク放電に対して脆弱であり、したがって、磁場強度は制限されなければならない。結果として、いくつかの用途では、磁場が反応器により発生されるプラズマイオン濃度の不均一性を補償するのに十分とはならない場合がある。 [05] Another approach is called CMF (configurable magnetic field) and uses the same circumferentially spaced coils referred to above. However, in CMF, the coil is operated to apply a magnetic field that extends across the plane of the workpiece support from one side to the other. In addition, the magnetic field rotates about the axis of the wafer support and generates a time averaged magnetic field in the radial direction. In the case of a reactor with four parallel coils, this is all accomplished by applying one DC current to a pair of adjacent coils and a different (reverse) DC current to a pair of adjacent coils on the opposite side. As described above, the coil is switched so that the magnetic field rotates by rotating this pattern. This approach is vulnerable to chamber or wafer arcing by abruptly switching the CMF magnetic field, so the magnetic field strength must be limited. As a result, in some applications, the magnetic field may not be sufficient to compensate for the non-uniformity of the plasma ion concentration generated by the reactor.
[06]このように、必要なのは、磁場においてプラズマイオン濃度分布の不均一性をより効率的に(磁場強度が低くできるように)時間変動をより低く(または無し)で補償する方法である。 [06] Thus, what is needed is a method to compensate for non-uniformity of plasma ion concentration distribution in a magnetic field more efficiently (so that the magnetic field strength can be lowered) with lower (or no) time variation.
[07]加工物を処理するプラズマ反応器は、側壁およびシーリングによって画成される真空チャンバと、チャンバ内に加工物支持表面を有し、シーリングに面し、カソード電極を含む加工物支持用ペデスタルを含む。RFパワー発生器がカソード電極に結合されている。プラズマ分布は、加工物支持表面の上にある第1の平面内の外部環状内側電磁石と、加工物支持表面の上にある第2の平面内の、内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、加工物支持表面の下にある第3の平面内の外部環状底部磁石とによって制御される。DC電流供給源が、内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続されている。加工物支持用ペデスタルならびに内側、外側および底部磁石を略同軸とすることが可能である。一実施形態では、第1の平面が第2の平面の上にあり、第1の平面と第2の平面の両方が第3の平面の上にあり、第1、第2、第3の平面が加工物支持表面と平行である。 [07] A plasma reactor for processing a workpiece includes a vacuum chamber defined by sidewalls and a ceiling, a workpiece support surface within the chamber, facing the ceiling, and including a cathode electrode. including. An RF power generator is coupled to the cathode electrode. The plasma distribution is such that the outer annular inner electromagnet in a first plane above the workpiece support surface and the outer annular outer electromagnet in the second plane above the workpiece support surface having a larger diameter than the inner electromagnet. Controlled by an electromagnet and an outer annular bottom magnet in a third plane below the workpiece support surface. A DC current source is connected to each of the inner, outer and bottom electromagnets. The workpiece support pedestal and the inner, outer and bottom magnets can be substantially coaxial. In one embodiment, the first plane is above the second plane, both the first plane and the second plane are above the third plane, and the first, second, and third planes. Is parallel to the workpiece support surface.
[08]反応器は、内側、外側および底部DC電流供給源からのDC電流を制御するプロセッサを含むことが可能である。プロセッサを、すなわち、
DC電流が、底部電磁石と内側および外側電磁石の一方とに、加工物支持表面で等しく逆の磁場を発生させるカスプモードと、
DC電流が、底部電磁石と内側および外側電磁石の一方とに、加工物支持表面で類似の磁場を発生させるミラーモードと、
DC電流が、電磁石の少なくとも1個に、加工物支持表面で径方向および軸方向磁場の両方を発生させるソレノイドモードの3つのモードで動作可能とすることができる。
[08] The reactor may include processors that control DC current from the inner, outer and bottom DC current sources. Processor, ie
A cusp mode in which a DC current generates an equal and opposite magnetic field at the workpiece support surface in the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets;
A mirror mode in which a DC current generates a similar magnetic field at the workpiece support surface in the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets;
DC current can be operable in three modes, solenoid mode, in which at least one of the electromagnets generates both a radial and axial magnetic field at the workpiece support surface.
[09]プロセッサは、ウエハーでの軸方向磁場を制御する(例えば減少させる)ことによってデバイス損傷結果を改善しつつ、ウエハーでの径方向磁場でプラズマイオン濃度分布均一性を改善するために、3個の磁石についてDC電流の最良の組み合わせを探索するようにプログラム可能である。 [09] The processor can improve the plasma ion concentration distribution uniformity with a radial magnetic field at the wafer while improving device damage results by controlling (eg, reducing) the axial magnetic field at the wafer. It can be programmed to search for the best combination of DC currents for a single magnet.
[67]特定のプラズマ反応器により提示されるプラズマイオン濃度分布は、チャンバ圧、ガス混合および拡散、ならびにソースパワー放射パターンの関数である。本発明の反応器では、プロセス均一性を改善するためにあらかじめ決められている選択された、または理想的な分布に近づけるために、この分布が磁気的に変更される。磁気的に変更または補正されたプラズマイオン濃度分布は、ウエハーまたは加工物の表面にわたってプロセス均一性が改善されるものである。このために、磁気的に補正されたプラズマ分布は、ユーザにより決定された必要性に応じて不均一か、または均一とすることができる。本発明者らは、平均磁場強度がプラズマに圧力を及ぼしてその分布を所望のものに変化させる効率を改善可能であることを発見した。この驚くべき結果は、この発見に従って磁場の勾配の径方向成分を増加させることにより達成可能である。径方向は、ほぼ円筒チャンバの対称軸であることが理解される。このように、必要なのは、大きな径方向勾配を有し、他方向に小さな磁場強度を有する磁場形状である。このような磁場はその対称軸が円筒反応器チャンバの軸と一致するカスプ型である。カスプ型磁場を発生する1つの手法は、円筒チャンバの上下にコイルを提供し、DC電流をこれらのコイルに逆方向に流すことである。 [67] The plasma ion concentration distribution presented by a particular plasma reactor is a function of chamber pressure, gas mixing and diffusion, and source power radiation pattern. In the reactor of the present invention, this distribution is magnetically modified to approach a selected or ideal distribution that has been predetermined to improve process uniformity. A magnetically altered or corrected plasma ion concentration distribution is one that improves process uniformity across the surface of the wafer or workpiece. To this end, the magnetically corrected plasma distribution can be non-uniform or uniform depending on the needs determined by the user. The inventors have discovered that the average magnetic field strength can improve the efficiency of applying pressure to the plasma to change its distribution to the desired one. This surprising result can be achieved by increasing the radial component of the magnetic field gradient according to this finding. It is understood that the radial direction is approximately the axis of symmetry of the cylindrical chamber. Thus, what is needed is a magnetic field shape with a large radial gradient and a small magnetic field strength in the other direction. Such a magnetic field is a cusp shape whose axis of symmetry coincides with the axis of the cylindrical reactor chamber. One approach to generating a cusp-type magnetic field is to provide coils above and below the cylindrical chamber and to pass DC current through these coils in the opposite direction.
[68]チャンバ設計によっては、コイルをウエハー台の下に提供することが実行不可能である場合があり、したがって、第1の場合には、頂部コイルがこれらの目的を満足させる。加えて、必要なのは、所与のプラズマ反応器チャンバに固有のプラズマイオン分布(「周囲」プラズマイオン分布)の正確な制御または変更のために、カスプ型磁場を設定可能または調整可能とすることである。異なる容量結合プラズマ反応器に提供されたプラズマイオン分布は広範囲に変動する可能性があるので、このような調整可能性が必須となる場合がある。磁場勾配の径方向成分は、周囲分布を所望の分布に変更するために必要とされる磁気圧力を印加するように選ばれる。例えば、所望の分布が均一な分布である場合には、印加される磁場は、磁場がないときに反応器によって提示されるプラズマイオン濃度の径方向分布における不均一性を打ち消すように選択される。この場合には、例えば、反応器がプラズマイオン濃度の中央高分布を有する傾向があれば、磁場勾配はウエハー支持用ペデスタルの中央上のプラズマ密度を持続し、周辺近傍で強化して均一性を達成するように選ばれる。 [68] Depending on the chamber design, it may not be feasible to provide the coil under the wafer pedestal, and therefore, in the first case, the top coil meets these objectives. In addition, what is needed is to make the cusp-type magnetic field configurable or adjustable for precise control or modification of the plasma ion distribution (“ambient” plasma ion distribution) inherent to a given plasma reactor chamber. is there. Such tunability may be essential because the plasma ion distribution provided to different capacitively coupled plasma reactors can vary over a wide range. The radial component of the magnetic field gradient is chosen to apply the magnetic pressure required to change the ambient distribution to the desired distribution. For example, if the desired distribution is a uniform distribution, the applied magnetic field is selected to counteract non-uniformities in the radial distribution of plasma ion concentration presented by the reactor in the absence of the magnetic field. . In this case, for example, if the reactor tends to have a central high distribution of plasma ion concentration, the magnetic field gradient will maintain the plasma density at the center of the wafer support pedestal and strengthen it near the periphery for uniformity. Chosen to achieve.
[69]このようなカスプ型磁場の調整可能性は、本発明者らの発見に従って第1のコイルとは異なる(例えば、より小さい)直径の第2のオーバーヘッドコイルを少なくとも提供することにより達成される。それぞれのコイルのDC電流は、高度に柔軟に、カスプ型磁場の形状を任意の周囲プラズマイオン分布を事実上変更してある所望のプラズマイオン分布に近づけることができるように、独立して調整可能である。この磁場形状の選択は、中央高または中央低プラズマイオン濃度分布を修正するために設計可能である。 [69] Such cusp-type magnetic field tunability is achieved by providing at least a second overhead coil of a different diameter (eg, smaller) than the first coil in accordance with our findings. The The DC current of each coil is highly flexible and can be independently adjusted so that the shape of the cusp-type magnetic field can be brought closer to the desired plasma ion distribution with virtually any change in the surrounding plasma ion distribution It is. This choice of magnetic field shape can be designed to modify the central high or central low plasma ion concentration distribution.
[70]実現可能な利点の1つは、(上述のように)カスプ型磁場が磁場強度に対して大きな径方向勾配を有し、したがって高効率にプラズマに補正圧力を及ぼす点で2倍である。しかし、磁場が経時的に一定であるため、アーク放電を発生する傾向が大幅に低く、したがって必要なときにはかなり大きな補正容量にもいくらか強い磁場を使用することができる。本明細書で後述するように、この特徴はより高いチャンバ圧で大いに役立つ可能性がある。 [70] One of the possible advantages is that (as mentioned above) the cusp-type magnetic field has a large radial gradient with respect to the magnetic field strength, thus doubling the correction pressure on the plasma with high efficiency. is there. However, since the magnetic field is constant over time, the tendency to generate arcing is much less so that a somewhat stronger magnetic field can be used for fairly large correction capacities when needed. As will be discussed later in this specification, this feature can be greatly useful at higher chamber pressures.
[71]図1Aは、調整可能なカスプ型磁場の提供を可能にする容量結合プラズマ反応器を図示する。図1Aの反応器は、円筒形側壁5と、ガス分配プレートであるシーリング10と、半導体加工物20を保持するウエハー支持用ペデスタル15とを含む。シーリング10またはガス分配プレートは、アノードとして働くことができるように導電性であるか、またはそれに取り付けられたアノードを有することができる。シーリング10またはガス分配プレートは、典型的にはアルミニウムでできており、内側ガスマニホールドとガス噴射オリフィスをチャンバ内に面したその内面に有する。プロセスガス供給源25がプロセスガスをガス分配プレート10に与える。真空ポンプ30が反応器チャンバ内部の圧力を制御する。反応器チャンバ内部のプラズマを点火し、維持するためのプラズマソースパワーが、ウエハー支持用ペデスタル15がRF電極として働くようにインピーダンス整合回路45を介してウエハー支持用ペデスタル15に接続されたRF発生器40により発生される。カウンタ電極として働くように、アノード(導電材料で形成されたシーリング10とすることができる)がRFグラウンドに接続される。このような反応器は、非常に不均一なプラズマイオン濃度分布を有する傾向があり、それは典型的には中央高である。
[71] FIG. 1A illustrates a capacitively coupled plasma reactor that enables provision of an adjustable cusp-type magnetic field. The reactor of FIG. 1A includes a
[72]図1Bは、シーリング10が、図1Aのように直接グラウンドに接続されるよりむしろ、プラズマソースパワーを与えるVHF信号発生器12にRFインピーダンス整合素子11(概略のみを示す)を通して接続されているという特徴を図示する。この場合には、RF発生器40が単に半導体ウエハーまたは加工物20上のRFバイアスを制御するに過ぎない。(RFインピーダンス整合素子11は、例えば同軸チューニングスタブまたはストリップライン回路等の固定チューニング素子とすることができる。)このような特徴は、この明細書の後の部分でより詳細に論じる。
[72] FIG. 1B shows that the
[73]プラズマイオン濃度の分布を制御するために、誘導コイルのセットがシーリング上方に提供される。図1Aの場合には、このコイルのセットは、円筒チャンバと同軸でそれぞれが導電体の1つの巻き線を構成する内側コイル60および外側コイル65を含んでいる。巻き線60、65は図1Aに一巻きとして図示されているが、例えば図1Bに示したようにそれぞれが垂直方向に配列された複数の巻きからなってもよい。あるいは、図1Cに示すように、巻き線60、65は、垂直方向および水平方向の両方に延びてもよい。図1Aの場合には、内側コイル60が外側コイル65よりもシーリング10のずっと上方に配置されている。しかしながら、他の場合には、この配列が反転されるか、または2個のコイル60、65がシーリング10上方の同じ高さとすることもできる。
[73] A set of induction coils is provided above the ceiling to control the distribution of plasma ion concentration. In the case of FIG. 1A, this set of coils includes an
[74]図1Aおよび図1Bの場合には、コントローラ90が、コイル60、65のそれぞれに接続されたそれぞれ独立のDC電流供給源70、75を制御することにより、それぞれオーバーヘッドコイル60、65に流れる電流の大きさおよび極性を決定する。図2を参照すると、コントローラ90が、コントローラ90を通して電流を与えるDC電流供給源76からコイル60、65へのDC電流を管理し、コントローラ90がコイル60、65のそれぞれに接続されている場合が図示されている。いずれの場合にも、コントローラ90は異なる極性および大きさのDC電流をコイル60、65の異なるものに流させることが可能である。図2の場合には、コントローラ90が、それぞれのコイル60、65に印加されるDC電流を調整する一対の電位差形82a、82bと、コイル60、65のそれぞれに印加されるDC電流の極性を独立に決定する一対の連動スイッチ84a、84bと、を含んでいる。電位差形82a、82bと連動スイッチ84a、84bをインテリジェント管理するために、マイクロプロセッサ91等のプログラム可能なデバイスをコントローラ90に含めることが可能である。
[74] In the case of FIGS. 1A and 1B, the
[75]図1A、図1Bおよび図1Cに図示された2個のコイル60、65の配列は、内側コイル60が外側コイル65よりもシーリング10の上方でより高く置かれており、一定の利点を提供する。詳細には、いずれかのコイルにより提供される磁場勾配の径方向成分が、少なくとも大ざっぱには、コイルの半径に比例し、コイルからの軸方向変位に反比例する。このように、内側および外側コイル60、65は、その異なるサイズおよび変位により異なる役割を果たす。外側コイル65はその大きい半径とウエハー20への近接によりウエハー20の全面にわたって支配するが、内側コイル60はウエハー中央近傍でその最大の効果を発揮し、磁場の細かい調整または形作りのためのトリムコイルと見なすことが可能である。異なる半径で異なるプラズマからの変位で置かれた異なるコイルによりこのような差分制御を実現するために、他の配列も可能である。この明細書である実施例を参照して後述するように、周囲プラズマイオン濃度分布に対する異なる変化が、それぞれのオーバーヘッドコイル(60、65)を流れる電流の異なる大きさを選択するだけでなく、異なるオーバーヘッドコイルの電流の異なる極性または方向を選択することによっても得られる。
[75] The arrangement of the two
[76]図3Aは、図1Aの場合に、ウエハー20上の径方向位置の関数として内側コイル60により発生される磁場の径方向(実線)および方位角(点線)成分を図示する。図3Bは、ウエハー20上の径方向位置の関数として外側コイル65により発生される磁場の径方向(実線)および方位角(点線)成分を図示する。図3Aおよび図3Bに図示されたデータは、ウエハー20が直径300mm、内側コイル60が直径12インチでプラズマの約10インチ上方に置かれ、外側コイル65が直径22インチでプラズマの約6インチ上方に置かれた実施において得られた。図3Cは、内側および外側オーバーヘッドコイル60、65により発生される半カスプ型磁場ラインパターンの略図である。
[76] FIG. 3A illustrates the radial (solid line) and azimuth (dotted line) components of the magnetic field generated by the
[77]図2のコントローラ90は、ウエハー表面での磁場を調整し、それによってプラズマイオン濃度の空間分布を変化させるために、それぞれのコイル60、65に印加される電流を変化させることが可能である。そこで図示されるのは、コントローラ90がこれらの磁場を変化させることにより、チャンバ内のプラズマイオン分布にどのぐらい大きい影響を与え、改善可能であるかを図示するために、コイル60、65の異なるものによって印加された異なる磁場の効果である。以下の実施例では、プラズマイオン分布よりもむしろウエハー表面にわたるエッチング速度の空間分布が直接測定される。エッチング速度分布はプラズマイオン分布の変化とともに直接変化し、したがって、一方における変化が他方における変化を反映している。
[77] The
[78]図4A、図4B、図4Cおよび図4Dは、低いチャンバ圧(30mT)でのみ内側コイル60を用いて実現される有益な効果を図示する。図4Aは、ウエハー20の表面上の位置(水平方向XおよびY軸)の関数として測定されたエッチング速度(垂直方向Z軸)を図示する。このように、図4Aはウエハー表面の平面におけるエッチング速度の空間分布を図示する。エッチング速度分布の中央高不均一性が図4Aで明確に見られる。図4Aは、磁場が印加されない場合に対応しており、したがって、反応器に固有であり補正が必要な不均一なエッチング速度分布を図示している。この場合のエッチング速度は5.7%の標準偏差を有している。図4および図5において、径方向磁場がプラズマイオン濃度の径方向分布の均一性改善に有効なものであることは当然だが、磁場強度はウエハーの中央近傍の軸方向磁場として説明される。軸方向磁場がこの説明で選ばれたのは、より容易に測定されるからである。ウエハーのエッジでの径方向磁場は、典型的にこの位置での軸方向磁場の約1/3である。
[78] FIGS. 4A, 4B, 4C and 4D illustrate the beneficial effects achieved using the
[79]図4Bは、内側コイル60が9ガウスの磁場を生成するために通電されているとき、エッチング速度分布がどのように変化するかを図示する。不均一性は4.7%の標準偏差まで減っている。
[79] FIG. 4B illustrates how the etch rate distribution changes when the
[80]図4Cで、内側コイル60の磁場が18ガウスまで増加されており、中央のピークが大幅に縮小していることが見られ、その結果ウエハーにわたるエッチング速度の標準偏差が2.1%まで減少された。
[80] In FIG. 4C, it can be seen that the magnetic field of the
[81]図4Dで、内側コイル60の磁場が27ガウスまで更に増加されており、図4Aの中央高パターンが中央低パターンへとほぼ反転されている。図4Dの場合のウエハー表面にわたるエッチング速度の標準偏差は5.0%であった。
[81] In FIG. 4D, the magnetic field of the
[82]図5A、図5B、図5Cおよび図5Dは、より高いチャンバ圧(200mT)で両方のコイル60、65を用いる有益な効果を図示する。図5Aは、図4Aに対応しており、磁場により補正されない反応器の中央高なエッチング速度の不均一性を描いている。この場合には、ウエハー表面にわたるエッチング速度の標準偏差は5.2%であった。
[82] FIGS. 5A, 5B, 5C and 5D illustrate the beneficial effect of using both
[83]図5Bで、外側コイル65が22ガウスの磁場を発生するために通電されており、エッチング速度分布における中央ピークがいくらか減っている。この場合には、エッチング速度の標準偏差は3.5%まで減っている。
[83] In FIG. 5B, the
[84]図5Cで、両方のコイル60、65が24ガウスの磁場を発生するために通電されている。図5Cに見られる結果は、周辺部近傍のエッチング速度が増加しているのに対してエッチング速度分布における中央ピークが大幅に減っているものであった。全体的な効果は、3.2%の低い標準偏差を持ったより均一なエッチング速度分布である。
[84] In FIG. 5C, both
[85]図5Dで、両方のコイル60、65が40ガウスの磁場を発生するために通電され、過剰補正となるため、ウエハー表面にわたるエッチング速度分布が中央低パターンへと変形されている。この後者の場合のエッチング速度の標準偏差は3.5%まで(図5Cの場合に対して)若干上昇している。
[85] In FIG. 5D, both
[86]図4A〜図4Dの低圧試験で得られた結果を図5A〜図5D高圧試験と比較すると、エッチング速度の不均一分布を同様な補正を達成するためには、高いチャンバ圧ほどより一層大きい磁場を必要とすると見られる。例えば、30mTでは、最適な補正が18ガウスの内側コイル60のみを用いて得られたのに対して、300mTでは、最適な補正を達成するには両方のコイル60、65を用いた24ガウスの磁場が必要とされる。
[86] Comparing the results obtained in the low pressure test of FIGS. 4A-4D with the high pressure test of FIGS. 5A-5D, higher chamber pressures are required to achieve a similar correction for the non-uniform distribution of etch rates. It appears to require a larger magnetic field. For example, at 30 mT, the optimal correction was obtained using only the 18 Gauss
[87]図6は、オーバーヘッドコイルの磁場がプラズマイオン濃度またはエッチング速度分布の均一性に大きな影響を及ぼすが、エッチング速度自体にはあまり影響を及ぼさないことを示す。エッチング速度分布の均一性は改善したいが、特定の半導体プロセス用に選んだエッチング速度は変えないほうが好ましいので、これは利点である。図6で、ダイヤモンド記号が測定されたエッチング速度(左側の縦軸)を磁場(横軸)の関数として描いており、四角記号がエッチング速度(右側の縦軸)の標準偏差(不均一性)を磁場の関数として描いている。示された範囲の不均一性変化は約1桁であり、エッチング速度の変化は約25%に過ぎない。 [87] FIG. 6 shows that the magnetic field of the overhead coil has a large effect on the plasma ion concentration or the uniformity of the etch rate distribution, but does not significantly affect the etch rate itself. This is an advantage because it is desirable to improve the uniformity of the etch rate distribution, but not to change the etch rate chosen for a particular semiconductor process. In FIG. 6, the etching rate at which the diamond symbol was measured (left vertical axis) is plotted as a function of the magnetic field (horizontal axis), and the square symbol is the standard deviation (non-uniformity) of the etching rate (right vertical axis). As a function of the magnetic field. The non-uniformity change in the range shown is about an order of magnitude and the change in etch rate is only about 25%.
[88]図1A、図1Bおよび図1Cのオーバーヘッドコイルインダクタ60、65を、従来のMERIE反応器とともに用いることができる。図7および図8は、4個の従来のMERIE電磁石92、94、96、98およびMERIE電流コントローラ99の追加の特徴を持った図1Aに対応する場合を図示する。電流コントローラ99はAC電流をそれぞれのMERIE電磁石92、94、96、98に提供する。それぞれの電流が同じ低い周波数であるが、従来の手法で、チャンバ内で低速で回転する磁場を発生するためにそれらの位相は90度オフセットされている。
[88] The
オーバーヘッドコイルを用いたプラズマ分布の制御:
[89]反応器の方法に従って、特定の反応器に固有のウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布が、特定の手法でオーバーヘッドコイル60、65により発生された特定の磁場を選択することによって合わされる。例えば、プラズマ分布をウエハー表面にわたるより均一なエッチング速度分布を発生するように合わせることができる。この合わせ込みは、例えば、オーバーヘッドコイルにおいてDC電流の最適な極性および振幅を選択するようにコントローラ90をプログラムすることにより成し遂げられる。本実施例が2個の同心オーバーヘッドコイル(すなわちコイル60、65)だけを持った反応器に関するが、この方法は3個以上のコイルでも実行可能であり、オーバーヘッドコイルの数が多いほどより正確な結果が得られる。磁場は、コントローラ90がウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布を変化させることにより合わせられ、これがエッチング速度分布に影響を及ぼす。
Controlling plasma distribution using an overhead coil:
[89] According to the method of the reactor, the plasma ion concentration distribution across the wafer surface inherent to a particular reactor is tailored by selecting a particular magnetic field generated by the overhead coils 60, 65 in a particular manner. For example, the plasma distribution can be tailored to produce a more uniform etch rate distribution across the wafer surface. This alignment is accomplished, for example, by programming the
[90]第1のステップは、補正磁場なしにオーバーヘッドコイル60、65からウエハー表面にわたるエッチング速度分布を測定する。次のステップは、エッチング速度分布をより均一にするプラズマイオン濃度分布の変化を決定する。最後のステップは、プラズマイオン濃度分布の所望の変化を発生するような磁場を決定する。この磁場を考えると、このような磁場を発生するのに必要なオーバーヘッドコイル60、65内の電流の大きさと方向が、既知の静磁場方程式から計算可能である。 [90] The first step measures the etch rate distribution from the overhead coils 60, 65 to the wafer surface without a correction magnetic field. The next step determines the change in plasma ion concentration distribution that makes the etch rate distribution more uniform. The last step determines a magnetic field that produces the desired change in plasma ion concentration distribution. Considering this magnetic field, the magnitude and direction of the current in the overhead coils 60, 65 required to generate such a magnetic field can be calculated from known static magnetic field equations.
[91]本発明者らは、磁場からオーバーヘッドコイル60、65の磁場によりプラズマに作用する圧力(いわゆる「磁気圧力」)を計算する手法を求めた。このことは以下で論じる。プラズマの磁気圧力がプラズマイオン濃度分布を変化させる。このプラズマイオン濃度分布の変化は、ウエハー表面にわたるエッチング速度分布を比例的に変化させ、それを直接観察可能である。したがって、ウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度分布およびエッチング速度分布が少なくとも大ざっぱには比例係数により関連付けられている。 [91] The present inventors have sought a method for calculating the pressure acting on the plasma by the magnetic field of the overhead coils 60 and 65 (so-called “magnetic pressure”) from the magnetic field. This is discussed below. The magnetic pressure of the plasma changes the plasma ion concentration distribution. This change in the plasma ion concentration distribution proportionally changes the etching rate distribution over the wafer surface and can be observed directly. Thus, the plasma ion concentration distribution and the etch rate distribution across the wafer surface are related at least roughly by a proportionality factor.
[92]最初に、磁場をオーバーヘッドコイル60、65から印加する前にウエハー表面にわたるエッチング速度の空間分布が測定される。これから、エッチング速度分布の(均一分布を達成するための)所望の変化を決定可能である。次に、チャンバ内の位置およびコイル内の電流の関数として、各オーバーヘッドコイル60、65により発生される磁場の空間分布が各コイルの配置から分析的に決定される。既知の電流のセットをコイルに印加し、結果的に生じるウエハー表面にわたるエッチング速度分布の変化を測定することによって、リニアスケール係数がウエハー表面の全てのコイルの磁場のベクトル和をウエハー表面でのエッチング速度分布の変化に関連付けることを推定可能である。(このスケール係数は、一般にプラズマの中立圧力の関数であり、約500mTのチャンバ圧まで有効である。)したがって、エッチング速度分布の(より良い均一性を達成するための)所望の変化または補正を考えると、(この明細書で後述する手法で)必要な磁場を求めることができ、前もって分析的に決定した磁場空間分布関数を用いて対応するコイル電流をそこから推測可能である。
[92] First, the spatial distribution of the etch rate across the wafer surface is measured before the magnetic field is applied from the overhead coils 60,65. From this, it is possible to determine the desired change (to achieve a uniform distribution) of the etch rate distribution. Next, as a function of the position in the chamber and the current in the coil, the spatial distribution of the magnetic field generated by each
[93]エッチング速度分布の不均一性に対する所望の補正は様々な手法を確立することが可能である。例えば、「差分」分布を発生するために、ウエハー表面にわたる二次元エッチング速度分布を均一または平均のエッチング速度から差し引くことが可能である。この方法において補正すべきエッチング速度分布の不均一性は、容量結合ソースパワーの不均一な印加、不均一なプロセスガス分布および不均一なプラズマイオン濃度分布を含む、反応器チャンバ内の種々の要因の結果である。上記方法では、プラズマイオン濃度分布を磁気圧力により変化させることによって不均一性が補正される。 [93] Desired corrections for etch rate distribution non-uniformities can be established in various ways. For example, a two-dimensional etch rate distribution across the wafer surface can be subtracted from the uniform or average etch rate to generate a “difference” distribution. The etch rate distribution non-uniformity to be corrected in this method is due to various factors within the reactor chamber, including non-uniform application of capacitively coupled source power, non-uniform process gas distribution, and non-uniform plasma ion concentration distribution. Is the result of In the above method, the non-uniformity is corrected by changing the plasma ion concentration distribution by the magnetic pressure.
[94]以下の方法は、ある所望の手法で不均一な「補正後」プラズマ分布を確立するように使用することもできる。この場合、なされるべき補正は「未補正」または周囲プラズマイオン濃度分布と所望の分布(それ自体は不均一)間の差である。このように、この方法はプラズマ密度分布をより均一にするか、あるいは必ずしも均一でない特定の選択された密度分布パターンにするのに役立つ。 [94] The following method can also be used to establish a non-uniform “corrected” plasma distribution in some desired manner. In this case, the correction to be made is “uncorrected” or the difference between the ambient plasma ion concentration distribution and the desired distribution (which is itself non-uniform). Thus, this method helps to make the plasma density distribution more uniform or to a specific selected density distribution pattern that is not necessarily uniform.
[95]上記方法を実行するための一連のステップを、図9を参照して説明する。 [95] A series of steps for performing the above method will be described with reference to FIG.
[96]第1のステップ(図9のブロック910)は、オーバーヘッドコイル60、65のそれぞれについて、ウエハー表面の磁場の式をコイル内の電流およびウエハー表面上の径方向位置の関数として分析的に決定する。円柱座標を用いて、i番目のコイルをBi(r,z=wafer,Ii)としてこの式を書くことができる。それはビオサバールの法則から非常に単刀直入に決定される。 [96] The first step (block 910 of FIG. 9) analytically determines, for each of the overhead coils 60, 65, the wafer surface magnetic field equation as a function of the current in the coil and the radial position on the wafer surface. decide. Using cylindrical coordinates, this equation can be written with the i-th coil as B i (r, z = wafer, I i ). It is determined directly from Biosavart's law.
[97]次のステップ(図9のブロック920)は、オーバーヘッドコイル60、65内に電流を流さずに実行される。このステップでは、ウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度の空間分布が測定される。この空間分布はn(r,z=wafer)として書くことができる。このステップでは、試験ウエハーのウエハー表面にわたるエッチング速度分布を測定することによって、プラズマイオン濃度分布を間接的に測定可能である。熟練技能者は、容易にエッチング速度分布からプラズマイオン濃度分布を推測可能である。 [97] The next step (block 920 in FIG. 9) is performed without passing current through the overhead coils 60,65. In this step, the spatial distribution of plasma ion concentration across the wafer surface is measured. This spatial distribution can be written as n (r, z = wafer). In this step, the plasma ion concentration distribution can be indirectly measured by measuring the etch rate distribution across the wafer surface of the test wafer. A skilled technician can easily estimate the plasma ion concentration distribution from the etching rate distribution.
[98]次に、ブロック930のステップで、前のステップで測定された、測定されたプラズマイオン濃度空間分布関数n(r,z=wafer)に対する補正c(r)が決定される。補正c(r)をあらゆる適切な手法で定義することができる。例えば、最大値n(r,z=wafer)max−n(r,z=wafer)として定義することもできる。このようにして、c(r)をn(r,z=wafer)に加えてn(r)maxと等しい均一な振幅を持った「補正後」分布を発生する。もちろん、補正関数c(r)を異なる均一な振幅を生成するように異なって定義することもできる。または、上で簡潔に述べたように、所望の分布が不均一である場合、補正は所望の分布とn(r,z=wafer)の差である。
[98] Next, at
[99]次のステップ(ブロック940)は、オーバーヘッドコイル60、65のそれぞれについて「試験」電流Iiを選択し、その電流を適切なコイルに印加して結果的に生じるプラズマイオン分布を測定するもので、n(r,z=wafer)testと書くことができる。イオン分布の変化Δn(r)は、磁場有りおよび無しで測定したイオン分布を差し引いて近似値が得られる。 [99] The next step (block 940) selects a “test” current I i for each of the overhead coils 60, 65 and applies that current to the appropriate coil to measure the resulting plasma ion distribution. It can be written as n (r, z = wafer) test . The change Δn (r) of the ion distribution can be approximated by subtracting the ion distribution measured with and without a magnetic field.
Δn(r)=n(r,z=wafer)−n(r,z=wafer)test
[100]次のステップ(ブロック950)は、磁場により作用する圧力勾配(すなわち磁気圧力)をイオン分布の変化Δn(r)に関連付けるスケール係数Sを計算する。この計算は、磁気圧力勾配をΔn(r)で割ることによって行われる。i番目のコイルの磁場B(r,z=wafer,Ii)の磁気圧力勾配は、磁気流体力学方程式に従ってコイルのそれぞれについて独立に計算される。
Δn (r) = n (r, z = wafer) −n (r, z = wafer) test
[100] The next step (block 950) calculates a scale factor S that relates the pressure gradient exerted by the magnetic field (ie, magnetic pressure) to the change in ion distribution Δn (r). This calculation is done by dividing the magnetic pressure gradient by Δn (r). The magnetic pressure gradient of the i-th coil magnetic field B (r, z = wafer, I i ) is calculated independently for each of the coils according to the magnetohydrodynamic equation.
▽rP=−▽r[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]
ここで、添え字rは径方向成分を意味する。このようにそれぞれのコイルについて独立に得られた結果は、足し合わされる。したがって、全磁気圧力勾配は
−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}
したがって、スケール係数Sは、
S={−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}/Δn(r)
[101]この除算演算を、異なる値のrで実行してもよく、結果が平均されてスカラー形式でSが得られる。さもなければ、スケール係数Sはrの関数となり適切に用いられる。
▽ r P =-▽ r [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]
Here, the subscript r means a radial component. Thus, the results obtained independently for each coil are added together. Therefore, the total magnetic pressure gradient is
− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}
Therefore, the scale factor S is
S = {− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} / Δn (r)
[101] This division operation may be performed with different values of r, and the results are averaged to obtain S in scalar form. Otherwise, the scale factor S is a function of r and is used appropriately.
[102]ブロック950のステップで求められたスケール係数Sは、磁気圧力を決定するコイル電流Iiと結果的に生じるイオン分布の変化の間の関連である。詳細には、コイル電流Iiのセットを考えると、そのIiのセットから決定された磁気圧力にスケール係数Sをかけることによって、対応するイオン分布の変化n(r)を計算可能である。
[102] The scale factor S determined in the step of
Δn(r)={−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}/S
[103]このことが、(マクロプロセッサ91等の)コンピュータが上記方程式を用いて、前もって規定又は所望されたプラズマイオン濃度分布の変化Δn(r)の最良近似を発生するコイル電流Iiのセットを探索する次のステップ(ブロック960)の根拠を提供する。この場合には、所望の変化がブロック930のステップで計算された補正関数c(r)に等しい。言い換えれば、コンピュータは以下の条件を満たすコイル電流Iiのセットを探索する。
Δn (r) = {− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} / S
[103] This is the set of coil currents I i at which a computer (such as the macro processor 91) uses the above equation to generate the best approximation of the change Δn (r) of the plasma ion concentration distribution previously defined or desired. Provides the basis for the next step (block 960) to search for. In this case, the desired change is equal to the correction function c (r) calculated in the
{−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}=c(r)s
例えば、最急降下法を含む既知の最適化技法でこの探索を実行することもできる。このような技法は、当分野の熟練技能者によって容易に実行されるので、ここで説明の必要はない。
{− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} = c (r) s
For example, this search can be performed with known optimization techniques including steepest descent. Such techniques are easily performed by skilled artisans and need not be described here.
[104]探索により発見されたコイル電流Iiのセットの大きさおよび極性は、次にコントローラ90に送られて、これらの電流をそれぞれのコイル60、65に印加する。
[104] The magnitude and polarity of the set of coil currents I i discovered by the search are then sent to the
[105]図10は、磁気圧力(実線)をウエハー表面の径方向位置の関数として測定されたプラズマイオン分布の変化(点線)と比較している。上述したように、磁気圧力はオーバーヘッドコイルの磁場の二乗の勾配である。図10は、磁気圧力とイオン濃度分布の変化の間に良好な相関があることを表示している。 [105] FIG. 10 compares magnetic pressure (solid line) with changes in plasma ion distribution (dotted line) measured as a function of radial position on the wafer surface. As described above, the magnetic pressure is the square gradient of the overhead coil magnetic field. FIG. 10 shows that there is a good correlation between changes in magnetic pressure and ion concentration distribution.
[106]このような方法の適用は、図11〜図14に図示されている。図11は、ウエハー表面のエッチング速度空間分布における不均一性または標準偏差(縦軸)が、オーバーヘッドコイルの一方のコイル電流とともにどのように変動したかを図示している。ゼロコイル電流では、標準偏差は約12%であり、イオン分布は図12に示すように中央高であった。 [106] The application of such a method is illustrated in FIGS. FIG. 11 illustrates how the non-uniformity or standard deviation (vertical axis) in the etch rate space distribution on the wafer surface varied with the coil current of one of the overhead coils. At zero coil current, the standard deviation was about 12% and the ion distribution was center high as shown in FIG.
[107]約3%での最小不均一性が約17アンペアのコイル電流で達成された。これは、約4倍(すなわちエッチング速度分布において12%から3%の標準偏差)だけ改善されたことを表す。実際の、すなわち測定されたエッチング速度分布が図13Aに示され、図9の技法を用いて予測されたエッチング速度分布が図13Bに示されている。
[107] A minimum non-uniformity of about 3% was achieved with a coil current of about 17 amps. This represents an improvement of about 4 times (
[108]35アンペアの高いコイル電流では、エッチング速度分布標準偏差は約14%であった。測定されたエッチング速度空間分布が図14Aに示され、予測された分布が図14Bに示されている。 [108] At a high coil current of 35 amps, the standard deviation of the etch rate distribution was about 14%. The measured etch rate space distribution is shown in FIG. 14A and the predicted distribution is shown in FIG. 14B.
[109]図13Aを再度参照すると、得られる最も均一なイオン分布は確かに平坦ではなく、実際は周辺近傍が凹で中央近傍が凸の「ボウル」型である。より多くの独立したオーバーヘッドコイル(例えば3個以上)を使えば、より高い解像度とより良い均一性を結果とする電流の最適化を実行できる可能性がある。したがって、反応器はコイルを2個だけ有する場合に限られない。反応器は2個未満または3個以上のオーバーヘッドコイルを用いて様々な結果で実施することができる。 [109] Referring again to FIG. 13A, the most uniform ion distribution obtained is certainly not flat, and is actually a “bowl” shape with a concave near the periphery and a convex near the center. With more independent overhead coils (eg, 3 or more), it may be possible to perform current optimization that results in higher resolution and better uniformity. Thus, the reactor is not limited to having only two coils. The reactor can be implemented with various results using less than two or more than three overhead coils.
[110]シーリング表面でのプラズマイオン濃度分布またはエッチング速度分布を制御するために、同じ方法を適用することができる。このようなアプローチは、例えばチャンバ洗浄工程中に役立つ。図15は、図9の方法のイオン濃度の空間分布(またはエッチング速度)が最適化されたバージョンを図示する。図15のステップ、つまりブロック910’、920’、930’、940’、950’および960’は、それらがウエハー平面でなくシーリング平面用に実行される点を除けば図9のステップ、つまりブロック910、920、930、940、950および960と同じである。第1のステップ(図15のブロック910’)は、オーバーヘッドコイル60、65のそれぞれについて、シーリング表面の磁場の式をコイル内の電流およびウエハー表面上の径方向位置の関数として分析的に決定する。円柱座標を用いて、i番目のコイルをBi(r,z=ceiling,Ii)としてこの式を書くことができる。それは簡単な静磁場方程式から決定され、コイル電流Iiおよびシーリング表面上の径方向の位置rだけでなくコイルの半径やコイルとシーリング内表面間の距離z=ceilingなどのある定数の関数でもある。 [110] The same method can be applied to control the plasma ion concentration distribution or etch rate distribution at the sealing surface. Such an approach is useful, for example, during the chamber cleaning process. FIG. 15 illustrates a version of the method of FIG. 9 with optimized ion concentration spatial distribution (or etch rate). The steps of FIG. 15, ie, blocks 910 ′, 920 ′, 930 ′, 940 ′, 950 ′, and 960 ′, are the steps of FIG. 9, except that they are performed for the sealing plane rather than the wafer plane. Same as 910, 920, 930, 940, 950 and 960. The first step (block 910 ′ of FIG. 15) analytically determines the sealing surface magnetic field equation for each of the overhead coils 60, 65 as a function of the current in the coil and the radial position on the wafer surface. . Using cylindrical coordinates, this equation can be written with the i-th coil as B i (r, z = ceiling, I i ). It is determined from a simple static magnetic field equation and is a function of some constant such as the coil current I i and the radial position r on the sealing surface as well as the radius of the coil and the distance z = ceiling between the coil and the inner surface of the ceiling. .
[111]次のステップ(図15のブロック920’)は、オーバーヘッドコイル60、65内に電流を流さずに実行される。このステップでは、シーリング表面にわたるプラズマイオン濃度の空間分布が測定される。この空間分布をn(r,z=ceiling)として書くことができる。このステップでは、従来のプローブまたは他の間接的技法によってプラズマイオン濃度分布を測定可能である。 [111] The next step (block 920 'of FIG. 15) is performed without passing current through the overhead coils 60,65. In this step, the spatial distribution of plasma ion concentration across the sealing surface is measured. This spatial distribution can be written as n (r, z = ceiling). In this step, the plasma ion concentration distribution can be measured by conventional probes or other indirect techniques.
[112]次に、ブロック930’のステップで、前のステップで測定された、測定されたプラズマイオン濃度空間分布関数n(r,z=ceiling)に対する補正c’(r)が決定される。(プライム表記法’はここでは図15の計算を上記図9のものから区別するために使用され、導関数を意味するものではない。)補正c’(r)をあらゆる適切な手法で定義することができる。例えば、最大値n(r,z=ceiling)max−n(r,z=ceiling)として定義することもできる。このようにして、c’(r)をn(r,z=ceiling)に加えてn(r)maxと等しい均一な振幅を持った「補正後」分布を発生する。もちろん、補正関数c’(r)を異なる均一な振幅を発生するように異なって定義することもできる。また、特定の不均一な分布が所望される場合、補正は未補正または周囲プラズマ分布n(r,z=ceiling)と所望の不均一な分布との差である。このように、この方法は、特定の不均一パターンを有する所望のプラズマイオン濃度分布を確立するか、または均一なプラズマイオン濃度分布を確立するかのいずれかに使用可能である。
[112] Next, at
[113]次のステップ(ブロック940’)は、オーバーヘッドコイル60、65のそれぞれについて「試験」電流Iiを選択し、その電流を適切なコイルに印加して結果的に生じるプラズマイオン分布を測定するもので、n(r,z=ceiling)testと書くことができる。イオン分布の変化Δn(r)は、磁場有りおよび無しで測定したイオン分布を差し引いて得られる。 [113] The next step (block 940 ′) selects a “test” current I i for each of the overhead coils 60, 65 and applies that current to the appropriate coil to measure the resulting plasma ion distribution. N (r, z = ceiling) test can be written. The change Δn (r) in the ion distribution is obtained by subtracting the ion distribution measured with and without a magnetic field.
Δn’(r)=n(r,z=ceiling)−n(r,z=ceiling)test
[114]次のステップ(ブロック950’)は、磁場により作用する圧力勾配(すなわち磁気圧力)をイオン分布の変化Δn’(r)に関連付けるスケール係数S’を計算する。この計算は、磁気圧力勾配をΔn’(r)で割ることによって行われる。i番目のコイルの磁場B(r,z=ceiling,Ii)の磁気圧力勾配は、磁気流体力学方程式に従ってコイルのそれぞれについて独立に計算される。
Δn ′ (r) = n (r, z = ceiling) −n (r, z = ceiling) test
[114] The next step (block 950 ′) calculates a scale factor S ′ that relates the pressure gradient exerted by the magnetic field (ie, magnetic pressure) to the change in ion distribution Δn ′ (r). This calculation is done by dividing the magnetic pressure gradient by Δn ′ (r). The magnetic pressure gradient of the i-th coil's magnetic field B (r, z = ceiling, I i ) is independently calculated for each of the coils according to the magnetohydrodynamic equation.
▽rP=−▽r[B(r,z=ceiling,Ii)2/2μ0]
ここで、添え字rは径方向成分を意味する。このようにそれぞれのコイルについて独立に得られた結果は、足し合わされる。したがって、全磁気圧力勾配は
−▽r{Δi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}
したがって、スケール係数Sは、
S’={−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}/Δn’(r)
[115]ブロック950’のステップで求められたスケール係数S’は、磁気圧力を決定するコイル電流Iiと結果的に生じるイオン分布の変化の間の関連である。詳細には、コイル電流Iiのセットを考えると、そのIiのセットから決定された磁気圧力にスケール係数S’をかけることによって、対応するイオン分布の変化n’(r)を計算可能である。
▽ r P = − ▽ r [B (r, z = ceiling, I i ) 2 / 2μ 0 ]
Here, the subscript r means a radial component. Thus, the results obtained independently for each coil are added together. Therefore, the total magnetic pressure gradient is
− ▽ r {Δ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}
Therefore, the scale factor S is
S ′ = {− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} / Δn ′ (r)
[115] The scale factor S ′ determined in the step of
Δn’(r)={−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}/S’
[116]このことが、(マクロプロセッサ91等の)コンピュータが上記方程式を用いて、前もって規定又は所望されたプラズマイオン濃度分布の変化Δn’(r)の最良近似を発生するコイル電流Iiのセットを探索する次のステップ(ブロック960’)の根拠を提供する。この場合には、所望の変化がブロック930’のステップで計算された補正関数c’(r)に等しい。言い換えれば、コンピュータは以下の条件を満たすコイル電流Iiのセットを探索する。
Δn ′ (r) = {− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} / S ′
[116] This is, (such as microprocessor 91) computer by using the equations, previously prescribed or desired plasma ion density distribution change [Delta] n 'of the coil current I i for generating the best approximation (r) Provides the basis for the next step (block 960 ′) for searching the set. In this case, the desired change is equal to the correction function c ′ (r) calculated in the step of
{−▽r{Σi[B(r,z=wafer,Ii)2/2μ0]}}/c’(r)S’
[117]例えば、最急降下法を含む既知の最適化技法でこの探索を実行することもできる。このような技法は、当分野の熟練技能者によって容易に実行されるので、ここで説明の必要はない。
{− ▽ r {Σ i [B (r, z = wafer, I i ) 2 / 2μ 0 ]}} / c ′ (r) S ′
[117] This search can also be performed with known optimization techniques including, for example, steepest descent. Such techniques are easily performed by skilled artisans and need not be described here.
[118]探索により発見されたコイル電流Iiのセットの大きさおよび極性は、次にコントローラ90に送られて、これらの電流をそれぞれのコイル60、65に印加する。
[118] The magnitude and polarity of the set of coil currents I i discovered by the search are then sent to the
[119]オーバーヘッドコイル1個だけで、両方同時でなくウエハーまたはシーリングのいずれかでプラズマイオン分布の均一性を最適化するのにこの装置を用いることが可能である。少なくとも2個のオーバーヘッドコイル(例えばオーバーヘッドコイル60、65)を使えば、ウエハーとシーリングの両方で同時にプラズマイオン分布の均一性を少なくともおおよそ最適化することが可能である。 [119] With only one overhead coil, it is possible to use this apparatus to optimize the uniformity of plasma ion distribution on either the wafer or the ceiling, not both simultaneously. With at least two overhead coils (eg, overhead coils 60, 65), it is possible to at least approximately optimize the plasma ion distribution uniformity simultaneously on both the wafer and the ceiling.
オーバーヘッドコイルを用いたプラズマのステアリング:
[120]本発明者らは、コイル電流Iiがプラズマをシーリングおよび/または側壁に向けてステアリングするか、あるいはウエハー表面にステアリングすることによって選択することができることを発見した。図9の方法と同様にしてコイル電流Iiをシーリング表面でのプラズマ密度分布の均一性を改善するためにも選択することができる。結果として、プラズマが処理中にウエハーに集中し、洗浄中にはシーリングおよび/または側壁に集中する。このようにシーリングでプラズマが集中するので、洗浄時間を短縮することができる。
Plasma steering with overhead coils:
[120] The inventors have discovered that the coil current I i can be selected by steering the plasma towards the ceiling and / or the sidewalls, or steering the wafer surface. Similar to the method of FIG. 9, the coil current I i can also be selected to improve the uniformity of the plasma density distribution at the sealing surface. As a result, the plasma concentrates on the wafer during processing and concentrates on the sealing and / or sidewalls during cleaning. Since the plasma concentrates in this way, the cleaning time can be shortened.
[121]一例では、コントローラ90によって−17.5アンペアの電流を内部コイル60に、+12.5アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマをチャンバの側壁にステアリングした。図16は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図16の小さな矢印は、コントローラ90によって−17.5アンペアの電流を内部コイル60に、+12.5アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマをチャンバの側壁にステアリングしたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図17は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として図示する。
[121] In one example, the
[122]別の例では、コントローラ90によって−12.5アンペアの電流を内部コイル60に、+5アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマをチャンバのルーフにステアリングした。図18は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図18の小さな矢印は、コントローラ90によって−12.5アンペアの電流を内部コイル60に、+5アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマがチャンバの側壁にステアリングされたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図19は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として図示する。
[122] In another example, the
[123]他の例では、コントローラ90によって−25アンペアの電流を内部コイル60に、+2.75アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマをシーリングの中央から側壁に延びるフィールドラインに沿ってステアリングした。図20は、半径ゼロからチャンバの周辺部まで水平軸に沿って延び、ウエハー表面からシーリングまで垂直軸に沿って延びるチャンバ内の径方向部分を図示する。図20の小さな矢印は、コントローラ90によって−25アンペアの電流を内部コイル60に、+2.2.5アンペアの電流を外側コイル65に印加して、プラズマがチャンバの側壁にステアリングされたときの、チャンバ内のいろいろな位置での磁場の大きさと方向を表示する。図21は、ウエハー表面の対応する磁場の二乗の勾配を径方向位置の関数として表示する。
[123] In another example, the
[124]図17は、プラズマがエッジにステアリングされるとき、プラズマに対する高い正の磁気圧力をチャンバのエッジ近傍で作用させることを示す。図19は、プラズマがシーリングのエッジに向けられるとき、プラズマに低い磁気圧力をチャンバのエッジ近傍で作用させることを示す。図21は、磁力線がシーリングからエッジに延びるとき、チャンバエッジ近傍にある高い負の磁気圧力を示している。 [124] FIG. 17 shows that when the plasma is steered to the edge, a high positive magnetic pressure on the plasma is applied near the edge of the chamber. FIG. 19 shows that a low magnetic pressure is applied to the plasma near the edge of the chamber when the plasma is directed to the edge of the ceiling. FIG. 21 shows a high negative magnetic pressure near the chamber edge as the magnetic field lines extend from the ceiling to the edge.
[125]このように、オーバーヘッドコイル60、65内の電流を選んで、シーリングや側壁等の洗浄を要するチャンバ内の種々の位置にプラズマを向けることができる。あるいは、プラズマをウエハー近傍により集中させることもできる。プラズマをウエハーまたはシーリングのいずれかにステアリングするために、またはあるステアリング比SRに従ってプラズマをウエハーおよびシーリング間で割り当てるために、図22に図示したような方法を実行することができる。 [125] In this manner, the current in the overhead coils 60, 65 can be selected to direct the plasma to various locations in the chamber that require cleaning of the ceiling, sidewalls, and the like. Alternatively, the plasma can be concentrated closer to the wafer. To steer the plasma to either the wafer or the ceiling, or to assign the plasma between the wafer and the ceiling according to a certain steering ratio SR, a method as illustrated in FIG. 22 can be performed.
[126]図22を参照すると、第1のステップ(図22の2210)は、オーバーヘッドコイル(例えば一対のコイル60、65)内の全てのコイル電流の関数として、チャンバ内部の磁場の分析的なモデルを定義する。これは、当分野の熟練技能者によって静磁場方程式を用いて容易に成し遂げられるので、ここで説明の必要はない。磁場はそれぞれのコイルからの独立した磁場の総計である。各独立磁場は、それぞれのコイルの直径、各コイルの位置、コイル内の電流、およびチャンバ内の位置の関数である。このように、i番目のコイルにより生成される磁場は以下のように書かれ、
B(x,y,z,Ii)
故に全磁場は
Σi{B(x,y,z,Ii)}
[127]次のステップ(ブロック2220)は、所望のプロセス条件のセットを満たす磁場のセットを選択する。例えば、プラズマをシーリングにステアリングするには、図18の例に図示したように、プラズマをシーリングに向けて押すプラズマに対する磁気圧力を発生するように磁場が選択される。プラズマを側壁に向けてステアリングするには、図16に図示したように、プラズマを周辺部に向けて押すプラズマに対する磁気圧力を発生するように磁場が選ばれる。
[126] Referring to FIG. 22, the first step (2210 in FIG. 22) is an analytical analysis of the magnetic field inside the chamber as a function of all coil currents in the overhead coils (eg, the pair of
B (x, y, z, I i )
So the total magnetic field is
Σ i {B (x, y, z, I i )}
[127] The next step (block 2220) selects a set of magnetic fields that meet the desired set of process conditions. For example, to steer the plasma to the ceiling, the magnetic field is selected to generate a magnetic pressure on the plasma that pushes the plasma toward the ceiling, as illustrated in the example of FIG. To steer the plasma toward the sidewall, a magnetic field is selected to generate a magnetic pressure against the plasma that pushes the plasma toward the periphery, as illustrated in FIG.
[128]上記ブロック2220のステップで定義された特定の条件を満たす各磁場について、コンピュータが所望の磁場を発生するコイル電流のセットを求めてブロック2210のステップで定義されたモデルを探索する。これがブロック2230の次のステップである。ブロック2230で求められた各電流のセットは、対応する条件の名前とともに対応するプロセス条件に関連付けられた記憶場所に記憶される(図22のブロック2240)。特定のプロセス条件が選択された(例えばプラズマをシーリングにステアリングする)ときはいつでも、マイクロプロセッサ91が対応する記憶場所から電流値のセットを取り出して(ブロック2250)、対応する電流を適切なコイルに印加させる(ブロック2260)。
[128] For each magnetic field that satisfies the specific conditions defined in
[129]図23は、マイクロプロセッサ91がユーザの入力に応答するためにどのようにプログラムすることができるかを示している。まず最初に、処理がウエハー表面のエッチングを含むかどうかについての決定がなされる(ブロック2310およびプロセスがシーリングの洗浄(エッチング)を含むか否か(ブロック2320))。ウエハーのみがエッチングされる場合は、プラズマはウエハーにステアリングされて(ブロック2330)ウエハー表面でのプラズマ分布の均一性が図9の方法を用いて最適化される(ブロック2350)。シーリングが洗浄されるのと同時にウエハーがエッチングされる場合は、プラズマ密度がシーリングとウエハーの間で割り当てられて(ブロック2360)、プラズマ密度の均一性が図9のようにウエハー表面で、また図15のようにシーリングで最適化される(ブロック2370)。シーリングのみが洗浄される場合は、プラズマはシーリングにステアリングされ(ブロック2380)、シーリングでのプラズマ密度の均一性が最適化される(ブロック2390)。
[129] FIG. 23 illustrates how the
VHFオーバーヘッド電極を用いた使用:
[130]図24は、内側および外側コイル60、65をどのようにして、固定チューニングスタブを通してVHFプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有する容量結合反応器と組み合わせることができるかを図示する。このような反応器は、Daniel Hoffmanらによる2001年12月19日出願の米国特許出願第10/028,922号「Plasma Reactor with Overhead RF Electorde Tuned to the Plasma」に記載され、本願の譲受人に譲渡されており、その開示は参照することにより組み入れられる。
Use with VHF overhead electrode:
[130] FIG. 24 illustrates how the inner and
[131]図24を参照すると、プラズマ反応器は、チャンバの底部に半導体ウエハー110を支持するウエハー支持部105を備える反応器チャンバ100を含んでいる。プロセスキットは、例示的な実施において、アースされたチャンバ本体127上の誘電体リング120により支持される導電性または半導電性リング115を含むことができる。チャンバ100は、誘電体シールによりアースされたチャンバ本体127上にウエハー110上方のギャップ長で支持された円盤状のオーバーヘッド導体電極125によって、頂部で境界が付けられている。一実施では、ギャップ長が変えられるようにウエハー支持部105が垂直方向に移動可能である。他の実施では、ギャップ長が固定された所定の長さである。オーバーヘッド電極125は、その内表面が半金属材料(例えばSiまたはSiC)で覆われた金属(例えばアルミニウム)か、あるいはそれ自体が半金属とすることができる。RF発生器150は、RFパワーを電極125に印加する。発生器150からのRFパワーは、発生器150と整合された同軸ケーブル162を通して電極125に接続された同軸スタブ135内に結合されている。スタブ135は、特性インピーダンスを有し、共振周波数を有し、以下でより十分に説明するように、電極125と同軸ケーブル162またはRFパワー発生器150の出力の間にインピーダンス整合を提供する。チャンバ本体は、RF発生器150のRF帰線(RFグラウンド)に接続されている。オーバーヘッド電極125からRFグラウンドまでのRF経路は、誘電体シール120および誘電体シール130の容量の影響を受ける。ウエハー支持部105、ウエハー110およびプロセスキットの導電性または半導電性リング115は、電極125に印加されるRFパワー用の主要なRF帰線路を提供する。
[131] Referring to FIG. 24, the plasma reactor includes a
[132]図1Aの場合のように、内部コイル60は外部コイル65の直径の半分よりも小さく、外部コイル65よりもチャンバから遠くはなれた平面上にある。内部コイル60は電極125からかなり上方に配置されているが、外部コイル65は電極125の頂部の平面上またはそれに近接して配置されている。図1の場合のように、コイル60、65内のDC電流が、コイル60、65の電流供給源70、75を管理するプラズマステアリングコントローラ90によって制御される。
[132] As in the case of FIG. 1A, the
[133]RF帰線またはグラウンドに関して測定される、電極125、プロセスキット115、120および誘電体シール130を含むオーバーヘッド電極アセンブリ126の容量は、例示的な場合には、180ピコファラドである。電極アセンブリ容量は、電極面積、ギャップ長(ウエハー支持部およびオーバーヘッド電極間の距離)によって、また、浮遊容量に影響を及ぼす要因、特にシール130および誘電体リング120の誘電値に影響を受けて、それが使用される材料の誘電率および厚みにより影響を受ける。より一般的には、以下に議論するように、電極アセンブリ126の容量(符号無し数値またはスカラー)は、特定のソースパワー周波数、プラズマ密度および作用する圧力で、大きさがプラズマの負の容量(複素数)と等しいかまたはほぼ等しい。
[133] The capacitance of the
[134]上記の関係に影響を与える要因の多くは、反応器によって行われる必要のあるプラズマプロセス要件、ウエハーのサイズ、および処理がウエハー上で均一に実行される要件の現状により大部分が規定されている。このように、プラズマ容量がプラズマ密度とソースパワー周波数の関数であるのに対し、電極容量はウエハー支持部−電極ギャップ(高さ)、電極径、およびアセンブリの絶縁体の誘電値の関数である。プラズマ密度、作用する圧力、ギャップ、および電極径は、反応器により行われるプラズマプロセスの要件を満たさなくてはならない。特に、イオン濃度は一定の範囲内になくてはならない。例えば、一般にシリコンおよび誘電体プラズマエッチングプロセスは109〜1012ions/ccの範囲内にあるプラズマイオン濃度を必要とする。ウエハー電極ギャップは、ギャップが約2インチである場合に例えば8インチのウエハーについて最適なプラズマイオン分布の均一性を提供する。電極径は、ウエハーの直径を超えないにしろ、少なくとも同程度であるのが好ましい。同様に、作用する圧力は典型的なエッチングおよび他のプラズマプロセスの実用的な範囲を有する。 [134] Many of the factors that affect the above relationships are largely dictated by the plasma process requirements that need to be performed by the reactor, the size of the wafer, and the current state of the requirement that the process be performed uniformly on the wafer. Has been. Thus, while the plasma capacity is a function of the plasma density and the source power frequency, the electrode capacity is a function of the wafer support-electrode gap (height), the electrode diameter, and the dielectric value of the assembly insulator. . The plasma density, working pressure, gap, and electrode diameter must meet the requirements of the plasma process performed by the reactor. In particular, the ion concentration must be within a certain range. For example, silicon and dielectric plasma etch processes generally require plasma ion concentrations that are in the range of 10 9 to 10 12 ions / cc. The wafer electrode gap provides optimal plasma ion distribution uniformity for an 8 inch wafer, for example, when the gap is about 2 inches. The electrode diameter is preferably at least about the same, if not exceeding the diameter of the wafer. Similarly, the working pressure has a practical range of typical etching and other plasma processes.
[135]しかし、上述の好ましい関係を達成するために選択可能な他の要因がまだあることが分かっている。特にソース周波数の選択とオーバーヘッドアセンブリ126用の容量の選択である。ソースパワー周波数がVHF周波数に選択され、また電極アセンブリ126の絶縁コンポーネントの誘電値が適正に選択される場合には、電極に課される上述の寸法制約およびプラズマに課される制約(例えば密度範囲)内で、電極容量がプラズマの負の容量の大きさと整合可能である。このような選択は、ソースパワー周波数とプラズマ−電極共振周波数間の整合またはほぼ整合状態を達成可能である。
[135] However, it has been found that there are still other factors that can be selected to achieve the preferred relationship described above. In particular, the selection of the source frequency and the capacity for the
[136]したがって、例示的な場合では、8インチのウエハーについてオーバーヘッド電極の直径はおよそ11インチ、ギャップは約2インチ、プラズマ密度および作用圧力は上述したエッチングプロセスに典型的な値であり、VHFソース周波数は210MHz(他のVHF周波数でも同等に有効であるが)であり、ならびにソースパワー周波数、プラズマ電極共振周波数およびスタブ共振周波数はすべてが整合またはほぼ整合されている。 [136] Thus, in the exemplary case, for an 8-inch wafer, the overhead electrode diameter is approximately 11 inches, the gap is approximately 2 inches, the plasma density and working pressure are typical values for the etching process described above, and VHF The source frequency is 210 MHz (although equally effective at other VHF frequencies), and the source power frequency, plasma electrode resonance frequency, and stub resonance frequency are all matched or nearly matched.
[137]より詳細には、システムQを有利に減少させるデチューニング効果を達成するために、これらの3つの周波数が、ソースパワー周波数が210MHz、電極−プラズマ電極共振周波数が約200MHz、およびスタブ共振周波数が約220MHzと互いに若干オフセットされている。このようなシステムQの減少は、反応器の性能をチャンバ内の状態の変化に左右されなくし、全体のプロセスがより一層安定性を増すのでより一層幅広いプロセスウィンドウにわたって実行可能となる。 [137] More specifically, to achieve a detuning effect that advantageously reduces system Q, these three frequencies are 210 MHz source power frequency, about 200 MHz electrode-plasma electrode resonance frequency, and stub resonance. The frequency is slightly offset from each other by about 220 MHz. Such a reduction in system Q makes the reactor performance independent of changes in conditions within the chamber and can be performed over a wider process window as the overall process becomes more stable.
[138]現在好適なモードは、12インチ径のウエハー、約1.25インチのウエハー−シーリングギャップおよび(上記の210MHzよりもむしろ)162MHzのVHFソースパワー周波数に対応するのに適したチャンバ径および台径を有する。 [138] Currently preferred modes include a 12 inch diameter wafer, a wafer-sealing gap of about 1.25 inches, and a chamber diameter suitable to accommodate a VHF source power frequency of 162 MHz (rather than 210 MHz above) Has a diameter.
[139]同軸スタブ135は、システム全体の安定性、その広いプロセスウィンドウ能力およびその他多くの有益な利点に更に寄与する特別構成の設計である。それは内側円筒形導体140と外側同心円筒形導体145を含んでいる。絶縁体147(図24にクロスハッチングで示す)は、例えば1の比誘電率を有しており、内側および外側導体140、145間の空間を埋めている。内側および外側導体140、145を例えばニッケル被覆アルミニウムで形成することができる。例示的な場合では、外側導体145が約4インチの直径を有し、内側導体140が約1.5インチの直径を有する。スタブ特性インピーダンスは内側および外側導体140、145の半径と絶縁体147の誘電率により決定する。上述したこの場合のスタブ135が65■の特性インピーダンスを有する。より一般的には、スタブ特性インピーダンスがソースパワー出力インピーダンスを約20%〜40%、好ましくは約30%上回っている。210MHzのVHFソースパワー周波数から若干オフセットされつつ略整合する220MHzの付近で共振を有するように、スタブ135は、約29インチ(220MHzで半波長)の軸方向長さを有する。
[139] The
[140]タップ160が、以下で論じるように、RFパワーをRF発生器150からスタブ135に印加するために、スタブ135の軸方向長さに沿って特定の点に提供される。発生器150のRFパワー端子150bおよびRF帰線端子150aが、スタブ135上のタップ160で内側および外側同軸スタブ導体140、145にそれぞれ接続される。これらの接続は、既知の手法で、発生器150の出力インピーダンス(典型的には50■)を整合する特性インピーダンスを有する発生器−スタブ同軸ケーブル162を介してなされる。スタブ135の遠端135aの終端導体165が内側および外側導体140、145を共に短絡し、スタブ135がその遠端135aで短絡される。スタブ135の近端135b(非短絡端)では、外側導体145が環状導電性ハウジングまたは支持部175を介してチャンバ本体に接続され、内側導体140が導電性シリンダまたは支持部176を介して電極125の中央に接続されている。誘電体リング180がシリンダ176および電極125の間に保持されそれらを分離している。
[140] A
[141]内側導体140は、プロセスガスおよび冷却剤等のユーティリティ用の導管を提供する。この特徴の主な利点は、典型的なプラズマ反応器とは異なり、ガスライン170と冷却剤ライン173が大きな電位差を超えないことである。したがって、このような目的のためのより安価かつより信頼性の高い材料である金属でそれらを構成することができる。金属ガスライン170はオーバーヘッド電極125内またはそれに隣接するガス出口172に供給し、金属冷却剤ライン173はオーバーヘッド電極125内の冷却剤通路またはジャケット174に供給する。
[141]
[142]これにより、アクティブかつ共振インピーダンス変換が、RF発生器150およびオーバーヘッド電極アセンブリ126間のこの特別構成のスタブ整合、プラズマ負荷の処理、反射されたパワーの最小化、および負荷インピーダンスの広い変化を許容する非常に広いインピーダンス整合空間により提供される。結果として、典型的なインピーダンス整合装置の必要性を最小化またはそれを回避しつつ、以前は得られなかったパワーの使用効率とともに広いプロセスウィンドウおよびプロセス柔軟性が提供される。上述のとおり、全体システムQ、システム安定性ならびにプロセスウィンドウおよび多重プロセス能力をより強化するために、スタブ共振周波数も理想的な整合からオフセットされる。
[142] This allows active and resonant impedance transformations to stub match this special configuration between the
電極−プラズマ共振周波数とVHFソースパワー周波数の整合:
[143]上記概略のように、主な特徴は、電極−プラズマ共振周波数でプラズマと共振するための、またソースパワー周波数と電極−プラズマ周波数を整合(またはほぼ整合)するためのオーバーヘッド電極アセンブリ126を構成することである。電極アセンブリ126は顕著な容量性リアクタンスを有し、プラズマリアクタンスは周波数、プラズマ密度および他のパラメータの複素関数である。(以下により詳細に説明するように、プラズマは虚数項を含む複素関数リアクタンスに関して分析され、一般的に負の容量に対応する。)電極−プラズマ共振周波数は電極アセンブリ126およびプラズマのリアクタンスによって決定される(コンデンサとインダクタのリアクタンスにより決定されるコンデンサ/インダクタ共振回路の共振周波数と同様)。このように、電極−プラズマ共振周波数が、プラズマ密度に依存するように、必ずしもソースパワー周波数とされる必要はない。したがって、問題は、プラズマリアクタンスが実際にプラズマ密度および電極の寸法の特定の範囲に限定された制約を考えると、電極−プラズマ共振周波数がソースパワー周波数に等しいかまたはほぼ等しくなるような、ソースパワー周波数を求めることである。問題は、プラズマ密度(プラズマリアクタンスに影響を及ぼす)と電極の寸法(電極容量に影響を及ぼす)が特定のプロセス制約を満足させねばならないので、より一層困難である。詳細には、誘電体および導体プラズマエッチングプロセスについて、プラズマ密度は109〜1012ions/ccの範囲内とすべきであり、これがプラズマリアクタンスの制約となる。更に、例えば8インチ径ウエハーの処理のために、約2インチのウエハー−電極間ギャップまたは高さとウエハー径程度またはより大きな電極径によって、より均一なプラズマイオン濃度分布が実現され、これが電極容量の制約となる。一方、12インチ径ウエハーには異なるギャップを利用することができる。
Matching of electrode-plasma resonance frequency and VHF source power frequency:
[143] As outlined above, the main features are the
[144]そこで、電極容量をプラズマの負の容量の大きさに整合(またはほぼ整合)することによって、電極−プラズマ共振周波数およびソースパワー周波数が少なくともほぼ整合される。上記列挙した一般的な導体および誘電体エッチングプロセス条件(すなわち、109〜1012ions/ccのプラズマ密度、2インチのギャップおよびおおよそ11インチ程度の電極径)に対して、ソースパワー周波数がVHF周波数であれば整合が可能である。他の条件(例えば異なるウエハー径、異なるプラズマ密度等)は、反応器のこの特徴の実行において、このような整合を実現するために異なる周波数範囲を決定付けることができる。以下で詳細に述べるように、誘電体および金属プラズマエッチングおよび化学気相堆積法を含むいくつかの主な用途で8インチウエハーを処理するために好都合なプラズマ処理条件の下で、上述のプラズマ密度を有する一つの典型的な実施例のプラズマ容量が−50〜−400ピコファラドであった。例示的な場合では、11インチの電極径、およそ2インチのギャップ長(電極から台までの間隔)を用いて、9の誘電率と1インチ程度の厚みを有するシール130用の誘電体材料ならびに4の誘電率と10mm程度の厚みを有するリング120用の誘電体材料を選ぶことによって、オーバーヘッド電極アセンブリ126の容量がこの負のプラズマ容量の大きさに整合された。
[144] Thus, by matching (or nearly matching) the electrode capacitance to the magnitude of the negative capacitance of the plasma, the electrode-plasma resonance frequency and the source power frequency are at least substantially matched. For the general conductor and dielectric etch process conditions listed above (ie, plasma density of 10 9 to 10 12 ions / cc, 2 inch gap and approximately 11 inch electrode diameter), the source power frequency is VHF. Matching is possible at any frequency. Other conditions (eg, different wafer diameters, different plasma densities, etc.) can dictate different frequency ranges to achieve such matching in the implementation of this feature of the reactor. As described in detail below, the plasma density described above under convenient plasma processing conditions for processing 8 inch wafers in several main applications, including dielectric and metal plasma etching and chemical vapor deposition. One exemplary embodiment with a plasma capacity was -50 to -400 picofarads. In an exemplary case, a dielectric material for
[145]それらの容量の整合が上述の通りであれば、電極アセンブリ126およびプラズマの組み合わせが、電極125に印加されたソースパワー周波数と少なくともほぼ整合する電極−プラズマ共振周波数で共振する。本発明者らは、好都合なエッチングプラズマ処理法、環境およびプラズマに対して、VHF周波数でこの電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数は整合またはほぼ整合可能であり、このような周波数整合またはほぼ整合を実施することは非常に有利であることを発見している。例示的な場合では、以下に詳細を述べるように、前述のプラズマ負容量に対応する電極−プラズマ共振周波数がおよそ200MHzである。ソースパワー周波数が210MHzであり、以下で論じる他の利点が実現されるために、ソースパワー周波数が若干電極−プラズマ共振周波数よりも上にオフセットされほぼ整合である。
[145] If the capacitive matching is as described above, the
[146]プラズマ容量は何よりもプラズマ電子密度の関数である。これは、プラズマイオン濃度と関連しており、良好なプラズマ処理条件を提供するために109〜1012ions/ccの範囲内に保たれる必要がある。この密度は、ソースパワー周波数および他のパラメータと一緒にプラズマ負容量を決定するので、以下により詳細に述べるように、その選択はプラズマ処理条件を最適化する必要性により制約されている。オーバーヘッド電極アセンブリ容量は、例えばギャップ長(電極125とウエハーの間隔)、電極125の面積、誘電体シール130の誘電損失正接の範囲、電極125とアースされたチャンバ本体127間の誘電体シール130に対する誘電率の選択、プロセスキット誘電体シール130に対する誘電率の選択、ならびに誘電体シール130および120の厚みとリング180の厚みおよび誘電率等の多くの物理的要因により影響を受ける。これが、これらおよびオーバーヘッド電極アセンブリ容量に影響を及ぼす他の物理的要因のうちでなされる選択を通して、電極アセンブリ容量のいくらかの調整を可能とする。本発明者らは、この調整の範囲がオーバーヘッド電極アセンブリ容量の、負プラズマ容量の大きさに対する必要な整合度を達成するのに十分であることを発見している。特に、シール130およびリング120の誘電体材料および寸法は、所望の誘電率と誘電値結果を提供するように選ばれる。次に、電極容量、特にギャップ長に影響する同じ物理的要因が以下の実用性:大径ウエハーに対処する必要性;ウエハーの全直径にわたってプラズマイオン濃度の分布の良好な均一性をもってそうすること;およびイオン濃度対イオンエネルギーの良好な制御を有すること、によって決定付けまたは制限されるという事実にも関わらず、電極容量とプラズマ容量の整合が達成可能である。
[146] Plasma capacity is a function of plasma electron density above all. This is related to plasma ion concentration and needs to be kept in the range of 10 9 to 10 12 ions / cc to provide good plasma processing conditions. Since this density determines the plasma negative capacity along with the source power frequency and other parameters, its selection is constrained by the need to optimize plasma processing conditions, as described in more detail below. The overhead electrode assembly capacity includes, for example, the gap length (distance between the
[147]前述のプラズマ容量の範囲とオーバーヘッド電極容量の整合を考えると、210MHzのソースパワー周波数について電極−プラズマ共振周波数が200MHzであった。 [147] Considering the aforementioned plasma capacity range and overhead electrode capacity matching, the electrode-plasma resonance frequency was 200 MHz for a source power frequency of 210 MHz.
[148]このようにして電極アセンブリ126の容量を選び、次に、結果的に生じる電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数とを整合する大きな利点は、ソースパワー周波数近傍の電極およびプラズマの共振は、より広いインピーダンス整合およびより広いプロセスウィンドウ、結果としてプロセス条件の変化に対する一層大きな耐性、ならびにより大きな性能安定性を提供する。処理システム全体が、例えばプラズマインピーダンスのシフト等の動作条件の変動に対して感受性が低下し、したがってプロセス適用性の範囲の広がりにともなってより信頼性が高まる。本明細書で後述するように、この利点は電極−プラズマ共振周波数とソースパワー周波数の間の小さいオフセットにより更に強化される。
[148] The great advantage of choosing the capacitance of the
[149]図25は、内部および外部コイル60、65を、固定されたチューニングスタブを通してVHFプラズマソースパワー発生器に接続されたオーバーヘッド電極を有し、その周囲にMERIE電磁石を有する容量結合反応器と、どのようにして組み合わせることができるかを図示する。このような反応器は、Daniel Hoffmanらによる2001年12月19日出願の米国特許出願第10/028,922号「Plasma Reactor with Overhead RF Electorde Tuned to the Plasma」に記載され、本願の譲受人に譲渡されており、その開示は参照することにより組み入れられる。
[149] FIG. 25 shows a capacitively coupled reactor having an overhead electrode connected to a VHF plasma source power generator through fixed tuning stubs with internal and
[150]図25を参照すると、VHF容量結合プラズマ反応器は、図1Aに見られる以下の要素を含んでいる。チャンバの底部に半導体ウエハー110を支持するウエハー支持部105を備える反応器チャンバ100である。図示された場合のプロセスキットは、アースされたチャンバ本体127上の誘電体リング120により支持される導電性または半導電性リング115からなる。チャンバ100は、誘電体シール130によりアースされたチャンバ本体127上のウエハー110上方に所定のギャップ長で支持された円盤状のオーバーヘッドアルミニウム電極125によって、頂部で境界がつけられている。オーバーヘッド電極125も、その内表面が半金属材料(例えばSiまたはSiC)で覆われた金属(例えばアルミニウム)か、あるいはそれ自体が半金属材料とすることができる。RF発生器150は、RFパワーを電極125に印加する。発生器150からのRFパワーは、発生器150と整合された同軸ケーブル162を通して電極125の接続された同軸スタブ135内に結合されている。スタブ135は、特性インピーダンス、共振周波数を有し、以下でより十分に説明するように、電極125と同軸ケーブル162/RFパワー発生器150の間にインピーダンス整合を提供する。チャンバ本体は、RF発生器150のRF帰線(RFグラウンド)に接続されている。オーバーヘッド電極125からRFグラウンドまでのRF経路は、プロセスキットの誘電体リング120および誘電体シール130の容量の影響を受ける。ウエハー支持部105、ウエハー110およびプロセスキットの導電性(または半導電性)リング115は、電極125に印加されるRFパワー用の主要なRF帰線路を提供する。
[150] Referring to FIG. 25, the VHF capacitively coupled plasma reactor includes the following elements found in FIG. 1A. The
[151]図1Aの場合のように、内部コイル60は外部コイル65の直径の半分よりも小さく、外部コイル65よりもチャンバから遠くはなれた平面上にある。内部コイルは電極125からかなり上方に配置されているが、外部コイル65は電極125の頂部の平面上またはそれに近接して配置されている。図1の場合のように、コイル60、65内のDC電流が、コイル60、65の電流供給源70、75を管理するプラズマステアリングコントローラ90によって制御される。
[151] As in FIG. 1A, the
[152](図7および図8に示したのと同じように)ウエハー支持用ペデスタルの周辺部および反応器チャンバの外側に等間隔のMERIE電磁石902のセットを導入することにより、プラズマ密度分布の均一性の改善が達成される。これらのMERIE磁石は、一般にウエハー支持用ペデスタルの表面にわたって円筒チャンバの対称軸周りで低速回転する磁場を発生するように適合されている。一つの場合では、ウエハー支持用ペデスタルの周囲に正接するそれぞれの軸周りに巻かれた電磁石巻き線を有するMERIE磁石902によってこの特徴が実現される。この場合には、MERIE電流コントローラ904が各MERIE磁石の独立した電流を制御する。循環する磁場は、同じ周波数だが位相が90度(または360度をMERIE磁石の数で割っただけ)オフセットされたそれぞれ独立した磁石巻き線に、独立したAC電流を提供するコントローラ904によって、加工物支持部の平面内で生成される。別の場合には、回転する磁場の特徴が、ロータ1025(点線)により対称軸周りを回転される全てのMERIE磁石を支持する支持フレーム1020(点線)によって実現される。この別の場合には、MERIE磁石が永久磁石である。
[152] By introducing a set of equally spaced
[153]加工物またはウエハー支持用ペデスタル周りで等間隔のMERIE磁石906の第2のアレイ(点線で示す)は、MERIE磁石902の第1のセットよりも高い平面内にも設けることができる。両方のセットの磁石が、加工物支持部の平面近傍のそれぞれの平面内にある。
[153] A second array of MERIE magnets 906 (shown in dotted lines) equally spaced around the workpiece or wafer support pedestal can also be provided in a higher plane than the first set of
[154]コントローラ910は、低周波数(0.5〜10Hz)AC電流をそれぞれの電磁石902、906に印加する。隣接する磁石に印加される電流の位相は上述のように90度オフセットされている。結果は、磁場がAC電流の低周波数で加工物支持部の対称軸周りに回転する。磁場によって、プラズマが加工物表面近傍の磁場に向かって引っ張られ、磁場で循環する。これがプラズマをかき回してその密度分布をより均一にする。結果として、より均一なエッチング結果がウエハーの全面にわたって得られるため、反応器の性能が大幅に改善される。
[154] The
コンビネーションオーバーヘッド電極およびガス分布プレート:
[155]プロセスガスをオーバーヘッドシーリングから供給してチャンバ内のガス分布の均一性を改善するのが望ましい。このために、図24および25の場合のオーバーヘッド電極125をガス分配シャワーヘッドとすることが可能であり、したがって、加工物支持部105に面するその底表面に多数のガス噴射ポートまたは小孔300を有する。例示的な場合では、孔300が直径0.01〜0.03インチの間であり、それらの中心が約3/8インチずつ一様に離間されている。
Combination overhead electrode and gas distribution plate:
[155] It is desirable to supply process gas from an overhead ceiling to improve the uniformity of gas distribution within the chamber. For this purpose, the
[156]オーバーヘッド電極/ガス分配プレート125(以下、ガス分配プレート125という)がアーク放電に対する耐性を改善している。これは、プロセスガスおよび/またはプラズマを各開口または孔300の中心から排除する、アークを抑制する特徴の導入によるものである。このアークを抑制する特徴は、図26の断面図および図27の拡大断面図に示したような各円柱形フィンガーまたは細径ロッド303の端部で支持された孔300の中心の中心片またはディスク302のセットである。典型的なガス分配プレート内のアーク放電は、ガス噴射孔の中心近傍で起きる。したがって、各孔300の中心に中心片302を置くことにより、プロセスガスが各孔300の中心に達するのを防ぎ、アーク放電の発生を減少する。図28の平面図に示すように、中心片302を孔300に導入することにより、そうしない場合円形開口または孔300を環状開口へと変形する。
[156] An overhead electrode / gas distribution plate 125 (hereinafter gas distribution plate 125) improves resistance to arcing. This is due to the introduction of arc suppression features that exclude process gases and / or plasma from the center of each opening or
[157]図29Aを参照すると、アーク抑制が改善されたガス分配プレート125は、カバー1402とベース1404からなる。ベース1404は、内側肩部1410を有する環状壁1408により囲まれたガス噴射開口を持った円盤状プレート1406が、内部を通って形成されている。カバー1402も円盤状プレートである。ディスク302は、カバー1402の底部表面に取り付けられそこから下側に延びる円柱形フィンガー303の端部である。カバー1402の外側エッジは、ベース1404の肩部1410に載っており、カバー1402とベース1404の間にガスマニホールド1414(図26)を形成している。プロセスガスが、カバー1402の中央でガス入口1416からマニホールド1414内へ流れ込む。
[157] Referring to FIG. 29A, a
[158]チャンバ内でプロセスガスまたはプラズマに接触するガス分配プレート125の部分は、炭化ケイ素等の半導体処理適合材料でコーティングされたアルミニウム等の金属で形成可能である。この例では、カバー1402の頂部表面を除いたガス分配プレートの全表面が、図29Bの拡大部分断面図に表示したような炭化ケイ素コーティング1502により覆われている。図30に示すように、カバー1402のアルミニウム頂部表面は、熱交換器1524により循環されている冷却剤を備えるウォータージャケットによって水冷される温度制御部材1520に接触しており、ガス分配プレート125の熱伝導アルミニウム材料は制御された温度を有する。あるいは、図31に示すように、ウォータージャケットがガス分配プレート125内とすることもできる。
[158] The portion of the
[159]しかしながら、炭化ケイ素コーティング1502が同じ制御温度を有するためには、炭化ケイ素コーティングとアルミニウムとの間に熱伝導接着がなくてはならない。さもなければ、炭化ケイ素コーティングの温度が制御不能に変動することもある。ガス分配プレート125のアルミニウム材料と炭化ケイ素コーティングとの間に良好な熱伝導を達成するために、図29Aに示すように、アルミニウムのガス分配プレートと炭化ケイ素コーティング1502との間にポリマー接着層1504が形成される。図29Aは、ポリマー接着層1504が炭化ケイ素コーティング1502とアルミニウムベース1404の間にあることを示している。ポリマー接着層は、アルミニウムと炭化ケイ素コーティング1502との間に良好な熱伝導を提供し、コーティング1502の温度が熱交換器1524により制御される。
[159] However, in order for the
[160]図32、図33および図34は、デュアルゾーンガスフロー制御を提供するように、図29Aのガス分配プレート125をどのようにして変形可能かを図示している。このような特徴は、補完的なプロセスガス分布を選択することによって、中央高または中央低のいずれかのエッチング速度または堆積速度空間分布を補正するために使用可能である。詳細には、環状仕切りまたは壁1602が、ガスマニホールド1414を中央マニホールド1414aと外側マニホールド1414bとに分割する。中央マニホールド1414aに供給する中央ガス供給部1416に加えて、ガス分配プレート125の中央および周辺間の別のガス供給部1418が外側マニホールド1414bに供給する。デュアルゾーンコントローラ1610は、プロセスガス供給源1612からのガスフローを内側および外側ガス供給部1416、1418間に分配する。図35は、関節羽根1618がガス分配プレートの内側および外側ガスマニホールド1414a、1414bへのそれぞれの量のガスフローを制御する、バルブ1610の一実施を図示する。インテリジェントフローコントローラ1640が羽根1618の位置を管理する。図36に示した別の実施では、一対のバルブ1651、1652がチャンバのそれぞれの径方向ゾーンについて独立したガスフロー制御を行う。
[160] FIGS. 32, 33, and 34 illustrate how the
[161]図37は、ガス分配プレート125が3つのガスフローゾーンを有する場合を図示している。マニホールド1414は、内側および外側環状仕切り1604、1606により3個のマニホールド1414a、1414bおよび1414cに分離されている。3つのそれぞれのガス供給部1416、1418、1420がガスフローをそれぞれのマニホールド1414a、b、cに提供する。
[161] FIG. 37 illustrates the case where the
[162]この明細書において種々の場合について一対のオーバーヘッドコイル60、65を有するとして上記説明してきたが、図37は3個以上のオーバーヘッドコイルも可能であることを示している。実際に、図37の場合は、3個の同心オーバーヘッドコイルまたはコイル60、64および65を有するとして図示されている。独立に制御されるオーバーヘッドコイルの数を増やすことによって、処理の不均一性が補正されて解像度が増加したと感じられる。
[162] Although various cases have been described in this specification as having a pair of
[163]図34及び図37の複数ゾーンのガス分配プレートは、加工物の内側および外側処理ゾーン間のガス分配に対する柔軟な制御の利点を享受する。しかしながら、ガスフローをカスタマイズする別の方法は、異なるガス噴射孔サイズをガス分配プレート125の異なる半径で提供することにより永久的にそれを行う。例えば、反応器が中央高の空間エッチング速度分布を提示する傾向があれば、中央の小さいガス噴射孔300と周辺近傍の大きいものを用いることにより、チャンバの中央付近ではガスが少なめ、周辺部ではガスが多めに供給される。このようなガス分配プレートは図38の平面図に示されている。中央低エッチング速度分布については、逆の孔配置が図39に図示したように使用されることになる。
[163] The multi-zone gas distribution plate of FIGS. 34 and 37 enjoys the advantage of flexible control over gas distribution between the inner and outer processing zones of the workpiece. However, another way to customize the gas flow is to do so permanently by providing different gas injection hole sizes at different radii of the
図9の反応器におけるプラズマステアリング:
[164]図11〜図14を参照して上述したようなプラズマステアリングは、図9の場合に行われる。側壁を指す磁場は、内側コイル60に−13アンペアの電流を印加し、外側コイル65に+1.4アンペアの電流を印加することによって発生される。シーリングまたは電極125の周辺に向かう磁場は、内側コイル60に−13アンペアの電流を印加し、外側コイル65に+5.2アンペアの電流を印加することによって発生される。側壁での密な磁場は、内側コイル60に−13アンペアの電流を印加し、外側コイル65に+9.2アンペアの電流を印加することによって発生される。本発明者らは、シーリングまたは電極125の周辺に向かう磁場を上述の手法で印加することによって、洗浄中のチャンバ表面のエッチング速度が40%程度改善されたことを見つけた。
Plasma steering in the reactor of FIG. 9:
[164] Plasma steering as described above with reference to FIGS. 11-14 is performed in the case of FIG. A magnetic field pointing to the sidewall is generated by applying a -13 ampere current to the
コイル形状:
[165]上述の場合は内側および外側コイル60、65を参照して説明されてきたが、より多くの数のコイルを使用することができる。例えば、図40の場合は、それぞれがコントローラ90により別個に制御されるそれぞれの電流を持つ、5個のオーバーヘッドコイル4060、4062、4064、4066、4068を有する。コイル4060、4062、4064、4066、4068は、シーリング125上方の同じ高さか(図40にあるように)、または異なる高さとすることができる。図41は、オーバーヘッドコイル60、65が同じ高さにある場合を図示している。図41で、各コイル60、65の巻き線が垂直方向および径方向の両方に重ねられている。図42および43は、コイル60、65が垂直方向および径方向に延びる巻き線を有する異なる場合を図示している。
Coil shape:
[165] Although the above case has been described with reference to inner and
[166]この明細書で図1Aを参照して上記論じたように、不均一な分布を補正するためのプラズマに対する磁気圧力が、磁場の二乗の勾配の径方向成分に比例する。このように、最も効率的なアプローチはカスプ型磁場等の大きい径方向勾配を有する磁場を使用することである。更に上記論じたように、カスプ型磁場の効率が大きいほど、所与の磁気圧力量に対して必要とされる磁場の強度が小さくなり、それによって、高い磁場に関連するデバイス損傷が減少するかまたはなくなる。図44は、チャンバ上方および下方に配置された一対のコイル4420、4440によってそれぞれに完全なカスプ型磁場が発生される場合を図示する。頂部および底部コイル4420、4440内の電流はそれぞれ時計回りおよび反時計回りである。図45は、一対のコイル4420、4440によって発生された完全なカスプ型磁場の磁場ラインパターンの簡略図示である。
[166] As discussed herein above with reference to FIG. 1A, the magnetic pressure on the plasma to correct for the non-uniform distribution is proportional to the radial component of the gradient of the square of the magnetic field. Thus, the most efficient approach is to use a magnetic field with a large radial gradient, such as a cusp-type magnetic field. As further discussed above, the greater the efficiency of a cusp-type magnetic field, the less magnetic field strength is required for a given amount of magnetic pressure, thereby reducing device damage associated with high magnetic fields. Or disappear. FIG. 44 illustrates the case where a complete cusp-type magnetic field is generated by a pair of
[167]図46は、従来のMERIE反応器4650の4個の電磁石4610、4620、4630、4640が図45の完全なカスプ型磁場を発生させるために使用される場合を図示する。それぞれの電磁石4610、4620、4630、4640内の電流を制御する電流コントローラ4660が、全ての電磁石4610、4620、4630、4640内で図46の矢印で表示したようにDC電流を同じ(例えば時計回り)方向に流すようにプログラムされている。このようにして、頂部導体4610a、4620a、4630a、4640a内のDC電流が時計回り方向の電流ループを形成し、底部導体4610b、4620b、4630b、4640b内のDC電流が反時計回り方向の電流ループを形成する一方で、アレイの各コーナーでは隣接する電磁石(例えば一対の垂直導体4620cおよび4630d)の垂直導体の電流がウエハー表面で互いに磁場を打ち消し合う。最終的な効果は、図44の場合と同様に、チャンバ頂部および底部で時計回りおよび反時計回りの電流ループをそれぞれ発生し、図45に示した完全なカスプ型磁場を同じ結果として得ることである。図46の反応器は3つのモードのいずれでも動作される:
カスプ型磁場が発生される磁気圧力モード;
ウエハー表面上に低速回転磁場を発生するために、4つの正弦波電流が直角位相で4個の電磁石4610、4620、4630、4640に印加される正弦波モード;
4個の電磁石4610、4620、4630、4640が隣接する対の対向するセットにグループ化され、1つの対が1つのDC電流を有し、対向する対が逆方向のDC電流を有し、ウエハー表面にわたって4個の電磁石4610、4620、4630、4640の向きに対して斜めの方向に延びる略直線の磁場ラインを発生する、設定可能磁場(CMF)モードである。このグループ化は、磁場が4つの斜め方向向きを経て回転するように、電流を切り替えることによって回転される。これらの方向付けの時間系列は図47A、図47B、図47Cおよび図47Dに図示されている。
[167] FIG. 46 illustrates the case where four
A magnetic pressure mode in which a cusp-type magnetic field is generated;
A sinusoidal mode in which four sinusoidal currents are applied to four
Four
[168]図47Aで、電磁石4610、4620は正のDC電流を有しているのに対して電磁石4630、4640は負のDC電流を有しており、結果的に生じる平均の磁場方向は図の略左上コーナーから右下コーナーに向かっている。図47Bで、電磁石4620、4630は正の電流を有しているのに対して電磁石4610、4640は負の電流を有するようにグループ化が切り替えられ、平均の磁場は時計回りに90度回転している。図47Cおよび47Dはこのサイクルを完了する。磁場ラインの強度はこのように印加された正および負のDC電流の大きさの差によって決定され、コントローラ4650をプログラムすることによって所望のように調整することができる。
[168] In FIG. 47A,
[169]図9の方法は、4個の電磁石4610、4620、4630、4640のDC電流を正確に選択して不均一なエッチング速度またはプラズマイオン濃度分布について最良の補正を発生するために、CMFモードにおいて使用される。図9の方法を図47A〜DのCMFモードに適用する際、電磁石またはコイル4610、4620、4630、4640のそれぞれのコイルをオーバーヘッドコイル60、65の代わりに用いて、図9の全てのステップをその代替に従って行う。違いは各コイルからの磁場の算出が図47A〜Dに対応する4つの期間についての平均として計算されることだけである。
[169] The method of FIG. 9 uses the CMF to accurately select the DC current of the four
[170]図48は、ポンプ環上に挿入される特別な格子4810を含む反応器を図示する。格子4810は炭化シリコン等の半導体材料またはアルミニウム等の導電性材料で形成されており、チャンバからポンプ環を通ってガスを排出可能とする開口4820を有する。特別な格子4810は、プラズマをポンプ環から排除し、必要な保護とプロセス制御を提供する。このために、径方向平面において各開口4820の内部を横切る距離が、プラズマシース厚の2倍程度の大きさである。このように、不可能でないにしてもプラズマが格子4810を貫通することは非常に困難である。これが、ポンプ環内のプラズマのチャンバとの相互作用を減少させるかまたはなくす。
[170] FIG. 48 illustrates a reactor including a
[171]図49および図50は、図48のプラズマ拘束格子4810を内蔵する一体形成の取り外し可能なチャンバライナー4910を図示する。ライナー4910はチャンバの電極125の下でウエハー110の上にある領域の径方向外側の部分を覆う。このように、ライナー4910は、チャンバシーリングの外側周辺を覆う上部水平部分4920と、チャンバ側壁を覆う垂直部分4930と、プラズマ拘束格子4810を含み、ウエハー110に隣接する環状表面だけでなくポンプ環も覆う下部水平部分4940とを含んでいる。ある場合には、部分4920、4930、4940のそれぞれがモノリシック炭化シリコン片4950として一緒に形成される。ライナー4910は、炭化シリコン片4950の下部水平部分4940の下にあるアルミニウムベース4960を更に含んでおり、それに接着されている。アルミニウムベース4960は、比較的長く薄い一対の下方に延びる環状レール4962、4964を含んでおり、良好な電気伝導をウエハー支持用ペデスタル105下方のアースされたチャンバの構造要素に提供する。
[171] FIGS. 49 and 50 illustrate an integrally formed
[172]反応器は、下方に延びる環状レール4962、4964に熱的に接触する温度制御素子4972、4974と、垂直側部部分4930に熱的に接触する温度制御素子4976を有することが可能である。熱制御素子4972、4974、4976は、冷却剤経路を含む冷却装置と電気ヒータを含む加熱装置を含むことが可能である。ライナー4910を十分高い温度(例えば120度F程度)に維持してポリマーまたは過フッ化炭化水素化合物のライナー4910内部表面への堆積を最小限に抑えるかまたは防ぐために、望ましい可能性がある。
[172] The reactor can have
[173]ライナー4910は、良好なグラウンド帰還路を提供するため、プロセス安定性を強化する。これは、電位が炭化シリコン片4950の内部表面(上部水平部分4920、垂直部分4930および下部水平部分4940の内部に面する表面を含む)に沿って均一であることによる。結果として、ライナー4910は均一なRF帰還路にその内部に面する表面でオーバーヘッド電極125またはウエハー台105のいずれかから送り出されるパワーを提供する。1つの利点は、プラズマ変動がRF帰還電流分布をライナー4910の内部表面の異なる部位に集中させることであり、その電流に与えられるインピーダンスはほとんど一定であり続ける。この特徴がプロセス安定性を促進する。
[173]
[174]図51は、オーバーヘッドコイル60、65がMERIE磁石92、94、96、98の四角形パターンと対称な四角形パターンを定義し、フォトリソグラフィマスク等の四角形半導体または誘電体加工物4910の均一処理に特に適した図7の場合の変形を図示する。
[174] FIG. 51 illustrates the uniform processing of a rectangular semiconductor or
[175]図52は、図24の反応器のウエハー支持用ペデスタル105が上下に移動できるバージョンを図示する。プラズマイオンの径方向分布を制御する2個のオーバーヘッドコイル60、65に加えて、ウエハー支持用ペデスタル105の平面の下方に底部コイル5210がある。加えて、チャンバの周辺に外側コイル5220がある。外側オーバーヘッドコイル65および底部コイル5210は逆方向のDC電流を有して完全なカスプ型磁場をチャンバ内に形成可能である。
[175] FIG. 52 illustrates a version in which the
[176]オーバーヘッドコイル60、65が、オーバーヘッドソースパワー電極およびガス分配プレートの両方として働くオーバーヘッドシーリングを有する反応器とのセットみ合わせで説明されてきたが、このシーリングはガス分配プレートでなく、プロセスガスが別の従来の方法で(例えば側壁を通って)導入されるタイプのものであってもよい。更に、シーリング電極によりソースパワーが容量結合されていないコイル60、65を反応器内に使用することができる。また、オーバーヘッド電極用のインピーダンス整合素子が同軸チューニングスタブ等の固定素子として説明されてきた。しかしながら、インピーダンス整合素子を、従来の動的インピーダンス整合回路等の任意の適したまたは従来のインピーダンス整合デバイスとしてもよい。 [176] Although the overhead coils 60, 65 have been described in combination with a reactor having an overhead ceiling that serves as both an overhead source power electrode and a gas distribution plate, this ceiling is not a gas distribution plate, but a process It may be of the type in which the gas is introduced in another conventional manner (eg through the side walls). Furthermore, coils 60 and 65 whose source power is not capacitively coupled by the sealing electrode can be used in the reactor. Further, an impedance matching element for an overhead electrode has been described as a fixed element such as a coaxial tuning stub. However, the impedance matching element may be any suitable or conventional impedance matching device, such as a conventional dynamic impedance matching circuit.
3磁石3モードプラズマ分布制御:
[177]プラズマ強化反応性イオンエッチング等のプラズマプロセスでは、磁場が半導体ウエハーにわたるエッチング速度の径方向分布の均一性を改善するために用いられる。ほとんどの場合、プラズマイオン濃度はウエハー中央で高く、ウエハー上の他の場所では低いので、エッチング速度はウエハー中央で高く、ウエハー周辺で低くなる傾向がある。磁場は、プラズマイオン濃度の径方向分布を変化させるために内側および外側コイル60、65により生成可能である。典型的には、所望の効果が中央でプラズマイオン濃度を減少させ、ウエハー周辺部で増加させることである。内側および外側電磁石(図1B)をこのようなプラズマイオン濃度分布の均一性の改善を成し遂げるために用いることが可能である。それらが共に生成する磁場を、径方向成分Br(その磁束線は平面的なウエハー表面と平行である)および軸方向成分Bz(その磁束線は平面的なウエハー表面に直交する)等の2つの成分に分解することによって分析可能である。磁場の径方向成分Brは、プラズマイオン濃度の径方向分布を変化または補正するのに(例えば、エッチングプロセスにおけるエッチング速度またはCVDプロセスにおける堆積の均一な径方向分布を達成するために)最も効果的である。しかしながら、内側および外側電磁石60、65のみを用いて径方向成分Brを変化させると、径方向成分Brの変化によって決定されるように必然的に磁場の軸方向成分Bzを変化させる。例えば、Brの増加は典型的にBzの回避不能な増加を引き起こす。このようなBzの増加は求められなかったし、望ましくない可能性がある。本発明者らは、軸方向成分Bzの制御がウエハー上のデバイス損傷(例えば、電荷蓄積、高い電場、高い誘導電流または電圧による)の減少と密接に関連していることを発見した。本発明者らは、多くの場合に、同時に軸方向成分Bzを最小化しつつ、径方向成分Brを所望される程度にまで最適化する(例えば、増加する)ことを好む。
Three-magnet three-mode plasma distribution control:
[177] In plasma processes such as plasma enhanced reactive ion etching, a magnetic field is used to improve the uniformity of the radial distribution of etch rates across the semiconductor wafer. In most cases, the plasma ion concentration is high at the wafer center and low elsewhere on the wafer, so the etch rate tends to be high at the wafer center and low around the wafer. A magnetic field can be generated by the inner and
[178]図53Aを参照すると、図1Bの内側および外側電磁石60、65がウエハーの平面の真下の底部電磁石401により増補されている。コントローラ90により管理されるDC電流供給源403が底部電磁石401にDC電流を与え、コントローラ90により管理される電流供給源70、75が内側および外側電磁石60、65に電流を与える。図53Aの各電磁石60、65、401は単一の導体巻き線からなるが、図53Bに示されたように、代わりに垂直方向に配列された複数の巻き線からなってもよい。図54は、3個の電磁石60、65、401が図24の反応器でどのように置かれることができるかを図示している。この明細書で前に説明したように、図24の反応器は、固定インピーダンス整合素子を通して電極とプラズマが共振する周波数でVHFプラズマソースパワーにより駆動されるオーバーヘッドVHF電極を有する。
[178] Referring to FIG. 53A, the inner and
[179]磁石60、65、401は、3タイプの磁場のいずれか1つ(または組み合わせ)を生成するために用いることができる。(1)ウエハー20の表面でBrおよびBzの両方が強いソレノイド磁場(図55A)。3個の電磁石60、65、401のうち1つだけに電流を印加することによって、このようなソレノイド磁場を発生することができる。図56Aは、ソレノイド磁場を発生するために電流が外側電磁石65に印加された実施例を図示している。(2)ウエハーの表面でBrだけが強くBzが弱いかまたはゼロとなるようなカスプ磁場(図55B)。底部電磁石401と内側および外側電磁石60、65のいずれか一方から等しく逆の磁場を生成することによって、このようなカスプ磁場を発生することができる。図56Bは、カスプ磁場を発生するために逆方向の電流が底部電磁石および外側電磁石401、65に印加された実施例を図示している。この例では、各磁石65、401のコイルの巻き線が同じ(時計回りまたは反時計回り方向)に巻かれていると仮定される。しかしながら、好ましい実施形態では、それらが逆方向に巻かれ、その場合は印加電流の極性が図56に図示したものから適切に修正されることになる。(3)底部電磁石401と内側および外側電磁石60、65のいずれか一方から等しく同方向の磁場を生成することによって発生することができるミラー磁場(図55C)。図56Cは、ミラー磁場を生成するために等しい電流が底部電磁石および外側電磁石401、65に印加された実施例を図示している。
[179] The
[180]図57A、図57Bおよび図58A、図58Bは、図53Aの反応器におけるウエハー20の平面で測定された、カスプおよびミラー磁場の径方向および軸方向磁場成分Br(r)およびBz(r)をソレノイド磁場の径方向および軸方向磁場成分Br(r)およびBz(r)と比較している。図57Aがソレノイドおよびカスプ磁場の径方向磁場成分Br(r)を比較し、図57Bがソレノイドおよびカスプ磁場の軸方向磁場成分Bz(r)を比較している。図58Aがソレノイドおよびミラー磁場の径方向磁場成分Br(r)を比較し、図58Bがソレノイドおよびミラー磁場の軸方向磁場成分Bz(r)を比較している。ソレノイドおよびカスプ磁場の径方向成分は所望であればほぼ同じにすることが可能である(図57A)一方で、カスプ磁場の軸方向成分はほぼゼロ(だがきっかりゼロではない)か、あるいはソレノイド磁場の軸方向成分よりずっと小さくなる(図57B)。ミラー磁場の径方向成分は所望であればほぼゼロにすることが可能である(図58A)か、あるいはソレノイド磁場のものよりずっと小さくなる。ミラー磁場の軸方向成分はソレノイド磁場のものとほぼ同じにすることが可能である(図58B)。
[180] FIGS. 57A, 57B and 58A, 58B show the radial and axial magnetic field components B r (r) and B of the cusp and mirror magnetic fields measured in the plane of the
[181]図57Aおよび図58Aから、径方向磁場がウエハー中央からウエハー周辺で最大強度に増加するので、径方向磁場は中央高プラズマイオン分布を補正するために理想的になりそうだと分かる。これは、プラズマイオン飽和電流(縦軸)により示されたプラズマイオン濃度がウエハー表面上の半径(横軸)の関数としてプロットされた図59のグラフで描かれたデータで確認される。「ゼロ電流」とラベル表示された曲線はゼロ磁場に対応し、中央高プラズマイオン分布についての最小最適配置を示す。中央高プラズマイオン分布についての最良の補正は、外部電磁石65における5アンペアまたは10アンペアのいずれかによる2つのソレノイド磁場である(それぞれ「5Aソレノイド」および「10Aソレノイド」とラベル表示)。図59のグラフによると、ウエハーの中央からエッジまで最も増加させるのはソレノイド磁場である。 [181] From FIGS. 57A and 58A, it can be seen that the radial magnetic field is likely to be ideal for correcting the central high plasma ion distribution as the radial magnetic field increases from the wafer center to the maximum intensity around the wafer. This is confirmed by the data depicted in the graph of FIG. 59 where the plasma ion concentration indicated by the plasma ion saturation current (vertical axis) is plotted as a function of the radius on the wafer surface (horizontal axis). The curve labeled “Zero Current” corresponds to zero magnetic field and indicates the minimum optimal placement for the central high plasma ion distribution. The best correction for the central high plasma ion distribution is two solenoid fields with either 5 amperes or 10 amperes in the external electromagnet 65 (labeled “5A solenoid” and “10A solenoid” respectively). According to the graph of FIG. 59, it is the solenoid magnetic field that increases most from the center of the wafer to the edge.
[182]図60は、エッチング速度を200mmシリコンウエハーのウエハー表面上の径方向位置の関数として異なる磁場について測定することによって得られたデータのグラフである。ミラー磁場がエッチング速度分布の最良の均一性または最低の偏差を発生する(約1.7%の偏差比、ここで偏差比はウエハーにわたる平均エッチング速度により割った標準偏差として定義される)。次に最良の均一性は約2%の偏差比を発生したソレノイド磁場で得られた。カスプ磁場(「100%カスプ」とラベル表示)は約7.9%の偏差比で3番目に最良なだけに過ぎない。しかしながら、ウエハー上のデバイス損傷(電荷蓄積、放電あるいは局所的な高電流または電圧状態による)の測定は逆の結果をもたらした。最も均一な場合(ミラー磁場)は最もデバイス損傷が大きく、2番目に均一な場合(ソレノイド磁場)は2番目のデバイス損傷を有するのに対して、カスプ磁場はほとんど損傷がなかった。これらの結果は図61を参照して後述する。 [182] FIG. 60 is a graph of data obtained by measuring the etch rate for different magnetic fields as a function of radial position on the wafer surface of a 200 mm silicon wafer. The mirror field produces the best uniformity or lowest deviation of the etch rate distribution (deviation ratio of about 1.7%, where the deviation ratio is defined as the standard deviation divided by the average etch rate across the wafer). The best uniformity was then obtained with a solenoid field that produced a deviation ratio of about 2%. The cusp field (labeled “100% cusp”) is only the third best with a deviation ratio of about 7.9%. However, measurement of device damage on the wafer (due to charge accumulation, discharge or local high current or voltage conditions) yielded the opposite result. The most uniform case (mirror magnetic field) caused the most device damage, while the second most uniform case (solenoid magnetic field) had the second device damage, whereas the cusp magnetic field had little damage. These results will be described later with reference to FIG.
[183]上記結果は、磁場の軸方向成分Bz(r)の径方向成分Br(r)に対する制御がウエハー上のデバイス損傷の改善に密接に関連しているという本発明者らの所見を裏付けている。カスプ磁場はデバイス損傷をほとんどまたは全く生成させなかった。しかしながら、本発明者らは図57Aおよび58Aに示した半径とともに増加する径方向成分Br(r)の挙動が軸方向成分Bz(r)よりも均一性に到達するためのより良い見通しを与えたと感じた。したがって、以下の方法が実行された:ウエハーエッジの径方向成分Br(r)がこのような良好な結果(すなわちウエハーエッジで22ガウス)をもたらした図60のソレノイド磁場と同じであるように、カスプ磁場が調整された。次に、ソレノイド磁場で得られる理想的な結果に近い均一性結果が得られるまで、カスプ磁場の大きさが増加された(Bzを最小化またはゼロ化しながらBr(r)を増加する)。本発明者らは、これがカスプ磁場の大きさをウエハーエッジのBrが22ガウスから32ガウス(または約160%)に増加するまでの増加を要することを見つけた。これが図60のグラフの「カスプ160%」とレベル表示されたエッチング速度分布曲線である。その点で、エッチング速度の偏差比は2.4%まで減少した。カスプ磁場はその強度が劇的に増加したにもかかわらず、依然としてデバイス損傷をほとんどまたは全く発生させなかった。
[183] The above results indicate that our findings that control over the radial component B r (r) of the axial component B z (r) of the magnetic field is closely related to improving device damage on the wafer. Is backed up. The cusp field produced little or no device damage. However, the inventors have a better prospect for the behavior of the radial component B r (r) increasing with the radius shown in FIGS. 57A and 58A to reach more uniformity than the axial component B z (r). I felt I gave it. Thus, the following method was implemented: As the wafer edge radial component B r (r) is the same as the solenoid field of FIG. 60 that yielded such good results (ie, 22 Gauss at the wafer edge). The cusp magnetic field was adjusted. Next, the magnitude of the cusp field was increased (increasing B r (r) while minimizing or zeroing B z ) until a uniformity result close to the ideal result obtained with a solenoid field was obtained. . The present inventors have this finds it takes increased until the magnitude of the cusp field B r of the wafer edge increased from 22 Gauss to 32 Gauss (or about 160%). This is the etching rate distribution curve indicated as “
[184]上記は図61の表にまとめられている。左欄は磁場タイプを提示し、ウエハー中央のBzを、その磁場のウエハーエッジでのBrをガウスで記載している。真ん中の欄は対応するエッチング速度の偏差比(非均一性)を、右欄はデバイス損傷の評価(「良」または「悪」)を提供し、誘導デバイス電流(ミリアンペアで)と電圧(ボルトで)記載している。図61の表は、ソレノイドおよびミラー磁場で得られた良好な均一性および悪いデバイス損傷結果、ならびにソレノイド磁場のものと整合するウエハーエッジでのBrを有するカスプ磁場で得られた低い均一性および良好なデバイス損傷結果を示している。表の最終列は、カスプ磁場(他の磁場が実質的にない状態で)がその以前のレベルである160%まで増加された際に得られた良好な均一性および良好なデバイス損傷結果を示している。 [184] The above is summarized in the table of FIG. The left column presents a magnetic field type, a wafer central B z, describes a B r at the wafer edge of the magnetic field in gauss. The middle column provides the corresponding etch rate deviation ratio (non-uniformity), the right column provides an assessment of device damage (“good” or “bad”), inductive device current (in milliamps) and voltage (in volts). ) Table of FIG. 61, good uniformity and poor device damage results obtained with the solenoid and mirror fields, and low uniformity obtained with the cusp field having a B r at the wafer edge consistent with that of the solenoid magnetic field and Shows good device damage results. The last column of the table shows the good uniformity and good device damage results obtained when the cusp field (substantially free of other fields) was increased to its previous level of 160%. ing.
[185]上記のアプローチが図62に示した方法で容易にされる。第1のステップ(図62のブロック415)は、エッチング速度の径方向分布不均一性が最小とされるソレノイド磁場強度を求める。これはウエハーエッジで22ガウスの径方向成分強度を有する図60のソレノイド磁場に対応する。厳密値は特定のプロセスに応じて変動する可能性がる。選択された半径(例えばウエハーエッジ)での径方向成分値が記録される(ブロック417)。次に、他の磁場がないか無視できるとして、ブロック417のステップで記録されたのと同じ径方向成分磁場強度を選択された半径で有するカスプ磁場が確立される(ブロック419)。最後に、カスプ磁場強度がエッチング速度の径方向分布不均一性が最小とされるまで増加される(ブロック421)。このステップは、カスプ径方向成分を22ガウスから32ガウスまで増加させるのに相当する。ただし、これらの値は行われるプロセスに応じて変動する可能性がある。
[185] The above approach is facilitated by the method shown in FIG. The first step (block 415 in FIG. 62) determines the solenoid field strength that minimizes the radial distribution non-uniformity of the etch rate. This corresponds to the solenoid field of FIG. 60 having a radial component intensity of 22 Gauss at the wafer edge. Exact values can vary depending on the particular process. The radial component value at the selected radius (eg, wafer edge) is recorded (block 417). Next, a cusp field is established having the same radial component field strength at the selected radius as recorded in the step of
[186]図62の方法におけるカスプ磁場は、外側電磁石65と底面電磁石401を用いて確立される。一旦、所望の径方向成分Br(r)が確立されると、図62の方法に従って、比較的小さい電流を内側電磁石60に印加することによってさらなるトリミングまたは補正を施すことができる。内側電磁石の電流は、更に均一性を強化したり、軸方向成分Bz(r)を制御または減少してデバイス損傷結果を改善したりする(すなわちデバイス損傷を減らす)ために、選択することができる。このアプローチは、図63の方法で実施され、第1のステップ(ブロック423)が例えば図62の方法を用いて所望の径方向成分強度Br(r)を確立する。次に、比較的小さい電流を内側電磁石60に与えることによって、条件が最適化(更に均一性を改善するかBzを除去するかのいずれか)される(図63のブロック425)。
The cusp field in the method of FIG. 62 is established using the
[187]図64に図示されたこのプロセスの変形において、所望の磁場(例えば理想的なBr(r))が内側および外側磁石60、65で確立され、底部磁石は不活性とされる(図64のブロック431)。次に、内側電磁石401を通る電流を所望の結果が得られるまで増加することによって、磁場が図64のブロック433で(例えば所望に応じてBrを増加するために)トリミングされる。いくつかの実施形態では、非常に小さい軸方向磁場Bzを内側電磁石60から実際に印加することによって、デバイス損傷の許容不可能な増加を引き起こすことなく、改善されたプラズマイオン濃度分布の均一性が得られる。
[187] In a variation of this process illustrated in FIG. 64, the desired magnetic field (eg, ideal B r (r)) is established with the inner and
[188]図64のプロセスを実行する際に、最小のエッチング速度分布の不均一性のための内側および外側磁石60、65に対するDC電流値の所望のセットを求めることができる。これは、他がゼロ電流を有するときに、内側および外側磁石60、65の一方の電流のそれぞれの値について得られたエッチング速度の径方向分布を測定することにより遂行される。例えば、図65は、選択された範囲(0アンペア〜25アンペア)内で内側磁石60に与えられた異なる値のDC電流について、エッチング速度の径方向分布データを表す曲線を含むグラフである。図66は、選択された範囲(0アンペア〜25アンペア)内で外側磁石65に与えられた異なる値のDC電流について、エッチング速度の径方向分布データを表す曲線を含むグラフである。内側および外側磁石の電流値Ii、Ioの所与の対について、あり得る対の多くまたは全てが並列されるまで、図65および66からのエッチング速度分布曲線の異なる対を重ね合わせて、結果的なエッチング速度分布と重ね合わせで得られた対応するエッチング速度の径方向分布E(r)Ii,Ioをシミュレートすることができる。次に、対応する不均一性(例えば上記定義された偏差比D)を計算するために各エッチング速度分布が処理される。これは図67に示された単一表面として表される偏差D(Ii,Io)のセットを発生する。この表面または関数は、偏差比D(図67の縦軸)を最小にするIi、Ioの値または値のセットを求めるために、従来の技法を用いて検査することができる。これらは内側および外側磁石の電流についてコントローラ90により選択された値である。
[188] In performing the process of FIG. 64, a desired set of DC current values for the inner and
[189]上記アプローチは図68に示した方法で実施される。まず、底部磁石電流がゼロに設定される(ブロック435)。エッチング速度の径方向分布が、分布E(r)Iiのセットを得るために異なる内側磁石電流について測定され(ブロック437)、分布E(r)Ioのセットを得るために異なる外側磁石電流について測定される(ブロック439)。異なるエッチング速度分布E(r)Ii,Ioを形成するために対応する2つの分布の対が重ね合わされ(ブロック441)、これから対応する偏差D(Ii,Io)が計算される(ブロック443)。偏差のセットD(Ii,Io)が表面によって表され(図67)、最小の偏差比Dをもたらす値のセット(Ii,Io)が探索される(ブロック445)。 [189] The above approach is implemented in the manner shown in FIG. First, the bottom magnet current is set to zero (block 435). The radial distribution of etch rates is measured for different inner magnet currents to obtain a set of distributions E (r) I i (block 437), and different outer magnet currents to obtain a set of distributions E (r) Io. Are measured (block 439). Two corresponding distribution pairs are superimposed to form different etch rate distributions E (r) I i, I o (block 441), from which the corresponding deviation D (I i , I o ) is calculated ( Block 443). A set of deviations D (I i , I o ) is represented by the surface (FIG. 67) and a set of values (I i , I o ) that results in the smallest deviation ratio D is searched (block 445).
[190]図67の三次元表面D(Ii,Io)の検査は、D(縦軸)が最小になる一連のまたは一覧の連続した最適な対(Ii,Io)に対応する細長い谷(破線で強調されている)を露呈する。この谷は従来の探索で求めることができる。第3の磁石(すなわち底部磁石401)の使用を最適化するために、最適な対(Ii,Io)のそれぞれを所定の範囲にある底部磁石電流Ibの連続した値と組み合わせることができ、3つの電流(Ii,Io,Ib)のそれぞれの組み合わせが反応器に印加されてエッチング速度偏差が測定される。この最後の工程は図68のブロック447である。偏差値D(Ii,Io,Ib)のセットを生成するために、この結果を補間することができる(ブロック449)。これらの値のセットを四次元表面により表すことができ、従来の技法を用いてDを最小にする値(Ii,Io,Ib)のセットが探索される(ブロック451)。この最小化は、磁石を2個だけ用いたブロック445のステップで得られた最小化に改善を提供することが可能である。最終的な(Ii,Io,Ib)の最適値は、最適なプロセス均一性のための製品ウエハー処理中にそれぞれの電磁石60、65、401に印加される。
[190] The inspection of the three-dimensional surface D (I i , I o ) of FIG. 67 corresponds to a series or list of consecutive optimal pairs (I i , I o ) where D (vertical axis) is minimized. Exposes a narrow valley (highlighted with a dashed line). This valley can be obtained by a conventional search. To optimize the use of the third magnet (ie bottom magnet 401), combining each of the optimal pairs (I i , I o ) with successive values of the bottom magnet current I b in a predetermined range. Each combination of three currents (I i , I o , I b ) is applied to the reactor and the etch rate deviation is measured. This last step is block 447 in FIG. This result can be interpolated to generate a set of deviation values D (I i , I o , I b ) (block 449). These sets of values can be represented by a four-dimensional surface, and a set of values (I i , I o , I b ) that minimizes D is searched using conventional techniques (block 451). This minimization can provide an improvement to the minimization obtained in the
[191]図68のプロセスを以下のように要約することができる。最初に、3個の磁石のうちの一対、例えば内側および外側磁石60、65だけの特性を明らかにする。次に、この磁石対は単一体として扱われ、第3の磁石、例えば底部磁石401で特性を明らかにすることによって、3個の磁石の同時使用が最適化される。しかしながら、3個の磁石の特性を明らかにするには取り得る順番が3つある。1つは図68に与えた例である。2番目は、最初に特性付けされる磁石対が外側磁石65と底部磁石401であり、第3の磁石が内側磁石60である。3番目は、最初に特性付けされる磁石対が内側磁石60と底部磁石401であり、第3の磁石が外側磁石65である。
[191] The process of FIG. 68 can be summarized as follows. First, the characteristics of only one pair of the three magnets, for example the inner and
[192]図69はこのプロセスの第2のバージョンを図示しており、最初の磁石対が外側磁石65と底部磁石401であり、第3の磁石が内側磁石60である。図69の第1のステップでは、内側磁石電流がゼロに設定される(ブロック435−1)。エッチング速度の径方向分布が、分布E(r)Ibのセットを得るために異なる底部磁石電流について測定され(ブロック437−1)、分布E(r)Ioのセットを得るために異なる外側磁石電流について測定される(ブロック439−1)。異なるエッチング速度分布E(r)Ib,Ioを形成するために対応する2つの分布の対が重ね合わされ(ブロック441−1)、これから対応する偏差D(Ib,Io)が計算される(ブロック443−1)。偏差のセットD(Ib,Io)が表面によって表され(図67のものと同じ)、最小の偏差または偏差比Dをもたらす値のセット(Ii,Io)が探索される(ブロック445−1)。
[192] FIG. 69 illustrates a second version of this process, with the first magnet pair being an
[193]第3の磁石(すなわち底部磁石401)の使用を最適化するために、最適な対(Ii,Io)のそれぞれを所定の範囲にある底部磁石電流Ibの連続した値と組み合わせることができ、3つの電流(Ii,Io,Ib)のそれぞれの組み合わせが反応器に印加されてエッチング速度偏差が測定される。この最後の工程は図69のブロック447−1である。偏差値D(Ii,Io,Ib)のセットを生成するために、この結果を補間することができる(ブロック449−1)。これらの値のセットを行列(または四次元表面)により表すことができ、偏差または偏差比Dを最小にする従来の技法を用いて値D(Ii,Io,Ib)のセットが探索される(ブロック451−1)。3個の磁石60、65、401に印加されるDC電流は、この最終的な値のセットに従って確立される。
[193] In order to optimize the use of the third magnet (ie, bottom magnet 401), each of the optimal pairs (I i , I o ) and a continuous value of bottom magnet current I b within a predetermined range Each combination of the three currents (I i , I o , I b ) is applied to the reactor and the etch rate deviation is measured. This last step is block 447-1 in FIG. This result can be interpolated to generate a set of deviation values D (I i , I o , I b ) (block 449-1). These sets of values can be represented by a matrix (or a four-dimensional surface), and a set of values D (I i , I o , I b ) is searched using conventional techniques that minimize the deviation or deviation ratio D (Block 451-1). The DC current applied to the three
[194]図70は、3個の電磁石60、65、401を用いて均一なプラズマまたはエッチング速度分布を達成するための別の方法を図示するフローチャートである。まず、電流を電磁石60、65、401に印加せずに、公称(未補正)エッチング速度分布ER(r)が測定される(ブロック461)。次に、内側コイル電流Iiにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔER(r,Ii)が多くの異なるIiの値について測定される(ブロック463)。外側コイル電流Ioにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔER(r,Io)が多くの異なるIoの値について測定される(ブロック465)。底部コイル電流Ibにより生じるエッチング速度径方向分布の変化、すなわちΔER(r,Ib)が多くの異なるIbの値について測定される(ブロック467)。次に、異なるIi、IoおよびIbの値のそれぞれの組み合わせについて、エッチング速度分布が計算される(ブロック469)。
[194] FIG. 70 is a flowchart illustrating another method for achieving a uniform plasma or etch rate distribution using three
ER(r,Ii,Io,Ib)=ER(r)+ΔER(r,Ii)+ΔER(r,Io)+ΔER(r,Ib)
これらの分布のそれぞれの不均一性あるいは偏差または偏差比D(Ii,Io,Ib)が計算される(ブロック471)。滑らかな関数を提供するために行列D(Ii,Io,Ib)を補間することができ、Dを最小にする値(Ii,Io,Ib)のセットが探索される(ブロック473)。DC電流(Ii,Io,Ib)の最適なセットがこのようにして求められ、3個の磁石60、65、401に印加される(ブロック475)。
ER (r, I i , I o , I b ) = ER (r) + ΔER (r, I i ) + ΔER (r, I o ) + ΔER (r, I b )
A non-uniformity or deviation or deviation ratio D (I i , I o , I b ) for each of these distributions is calculated (block 471). The matrix D (I i , I o , I b ) can be interpolated to provide a smooth function, and a set of values (I i , I o , I b ) that minimize D is searched ( Block 473). An optimal set of DC currents (I i , I o , I b ) is thus determined and applied to the three
[195]図71A〜図71Eは、エッチング速度分布ER(r,Ii,Io,Ib)の1つの計算の手引き例をグラフで図示している。公称エッチング速度分布ER(r)は図71Aのグラフに描かれている。5アンペアのDC電流を内側電磁石60に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔER(r,Ii)が図71Bに描かれている。1アンペアのDC電流を外側電磁石65に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔER(r,Io)が図71Cに描かれている。2アンペアのDC電流を底部磁石に印加したことにより生じる公称分布からの変化ΔER(r,Ib)が図71Dに描かれている。図71A〜図71Dのエッチング速度分布の総計が図71Eに描かれており、エッチング速度分布ER(r,Ii=5,Io=1,Ib=2)である。
[195] FIGS. 71A-71E graphically illustrate one calculation guide for the etch rate distribution ER (r, I i , I o , I b ). The nominal etch rate distribution ER (r) is depicted in the graph of FIG. 71A. The change ΔER (r, I i ) from the nominal distribution caused by applying a 5 amp DC current to the
[196]3個の磁石の最適な電流(Ii,Io,Ib)を決定する別の方法は、多くの異なる値(Ii,Io,Ib)の組み合わせについてエッチング速度分布ER(r,Ii,Io,Ib)を直接測定する。このアプローチは、多数の測定を伴い、図70のブロック461〜469のステップに取って代わるものである。一旦、十分な数の異なるER(r,Ii,Io,Ib)がこのように測定されると、図70のブロック471、473および475のステップが行われる。 [196] Another way to determine the optimal current (I i , I o , I b ) of the three magnets is to use the etch rate distribution ER for many different combinations of values (I i , I o , I b ). (R, I i , I o , I b ) is directly measured. This approach involves a large number of measurements and replaces the steps of blocks 461-469 in FIG. Once a sufficient number of different ERs (r, I i , I o , I b ) are thus measured, the steps of blocks 471, 473, and 475 of FIG. 70 are performed.
[197]上記プロセスでは均一性が反応器でエッチングされるウエハーにわたるエッチ速度の径方向分布を参照して定義された。しかしながら、より一般的には、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを含む任意のプロセスについて、プロセス均一性をウエハー表面にわたるプラズマイオン濃度の径方向分布の均一性として定義することもできる。エッチング反応器では、反応器で実行されるプラズマ強化反応イオンエッチングプロセスで処理されたウエハー上で測定されたエッチング速度径方向分布から、プラズマイオン濃度分布が推定される。 [197] In the above process, uniformity was defined with reference to the radial distribution of etch rate across the wafer being etched in the reactor. More generally, however, for any process, including an etching process or a deposition process, process uniformity can also be defined as the uniformity of the radial distribution of plasma ion concentration across the wafer surface. In the etching reactor, the plasma ion concentration distribution is estimated from the etching rate radial distribution measured on the wafer processed in the plasma enhanced reactive ion etching process performed in the reactor.
[198]反応器が好適な実施形態の詳細な参照により説明されてきたが、反応器の思想および範囲から逸脱することなくその変更および変形が可能であることが理解されよう。 [198] While the reactor has been described in detail with reference to the preferred embodiments, it will be understood that modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the reactor.
5・・・円筒形側壁、10・・・シーリング、15・・・ウエハー支持用ペデスタル、20・・・ウエハー、25・・・プロセスガス供給源、40・・・RF発生器、60・・・内側コイル、65・・・外側コイル、90・・・コントローラ、70、75、76・・・DC電流供給源、92、94、96、98・・・MERIE電磁石、99・・・MERIE電流コントローラ。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
側壁およびシーリングを備える真空チャンバと、
前記チャンバ内に加工物支持表面を有し、前記シーリングに面し、カソード電極を備える加工物支持用ペデスタルと、
前記カソード電極に結合されたRFパワー発生器と、
前記加工物支持表面の上にある第1の平面内の外部環状内側電磁石と、
前記加工物支持表面の上にある第2の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、
前記加工物支持表面の下にある第3の平面内の外部環状底部電磁石と、
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続された内側、外側および底部DC電流供給源と、
前記内側、外側および底部DC電流供給源からのDC電流を制御するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサが、
(a)前記DC電流が、前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とに、前記加工物支持表面で等しく逆の磁場を生成させるカスプモードと、
(b)前記DC電流が、前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とに、前記加工物支持表面で等しく同一方向の磁場を生成させるミラーモードと、
(c)前記DC電流が、前記電磁石の少なくとも1個に、前記加工物支持表面で径方向および軸方向磁場の両方を生成させるソレノイドモードを備える3つのモードで動作可能である、
プラズマ反応器。 A plasma reactor for processing a workpiece,
A vacuum chamber with side walls and a sealing;
A workpiece support pedestal having a workpiece support surface in the chamber, facing the ceiling and comprising a cathode electrode;
An RF power generator coupled to the cathode electrode;
An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface;
An outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane overlying the workpiece support surface;
An external annular bottom electromagnets in the third plane underlying the workpiece support surface,
An inner, outer and bottom DC current source connected to each of the inner, outer and bottom electromagnets;
A processor for controlling DC current from the inner, outer and bottom DC current sources;
With
The processor is
(A) a cusp mode in which the DC current causes the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets to generate an equal and opposite magnetic field on the workpiece support surface;
(B) a mirror mode in which the DC current causes the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets to generate a magnetic field in the same direction on the workpiece support surface;
(C) the DC current is operable in three modes comprising a solenoid mode that causes at least one of the electromagnets to generate both radial and axial magnetic fields at the workpiece support surface;
Plasma reactor.
側壁およびシーリングを備える真空チャンバと、
前記チャンバ内に加工物支持表面を有し、前記シーリングに面し、カソード電極を備える加工物支持用ペデスタルと、
前記カソード電極に結合されたRFパワー発生器と、
前記加工物支持表面の上にある第1の平面内の外部環状内側電磁石と、
前記加工物支持表面の上にある第2の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と、
前記加工物支持表面の下にある第3の平面内の外部環状底部電磁石と、
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに接続された内側、外側および底部DC電流供給源と、
前記内側、外側および底部DC電流供給源からのDC電流を制御するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサが、
(a)前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とが主に径方向DC磁場を発生するカスプモードと、
(b)前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とが主に軸方向磁場を発生するミラーモードと、
(c)前記電磁石の1個が軸方向および径方向磁場を発生させるソレノイドモードを備える3つのモードで動作可能である、プラズマ反応器。 A plasma reactor for processing a workpiece,
A vacuum chamber with side walls and a sealing;
A workpiece support pedestal having a workpiece support surface in the chamber, facing the ceiling and comprising a cathode electrode;
An RF power generator coupled to the cathode electrode;
An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface;
An outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane overlying the workpiece support surface;
An outer annular bottom electromagnet in a third plane below the workpiece support surface;
An inner, outer and bottom DC current source connected to each of the inner, outer and bottom electromagnets;
A processor for controlling DC current from the inner, outer and bottom DC current sources;
With
The processor is
(A) a cusp mode in which the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets mainly generate a radial DC magnetic field;
(B) a mirror mode in which the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets mainly generate an axial magnetic field;
(C) A plasma reactor in which one of the electromagnets is operable in three modes including a solenoid mode that generates axial and radial magnetic fields.
前記底部電磁石と前記内側および外側電磁石の一方とから、前記加工物支持表面の中央でのプラズマイオン濃度に対して、前記加工物支持表面の周辺部近傍のプラズマイオン濃度を増加させるのに十分な磁場強度を有する径方向磁場を、前記加工物支持表面で生成するステップを備え、
製品加工物を処理する前に、プラズマイオン濃度径方向分布の所望の均一性を生成するソレノイド磁場を求めて、前記ソレノイド磁場の径方向成分を決定するステップを更に備え、
前記径方向磁場を発生するステップが、プラズマイオン濃度径方向分布の均一性が前記ソレノイド磁場により生成された前記所望の均一性に達するまで、前記径方向磁場を前記ソレノイド磁場の前記径方向成分の強度を越えて増加させることを備える、前記方法。 An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface; and an outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane above the workpiece support surface; , plasma reaction having an external annular bottom electromagnets in the third plane underlying the workpiece support surface, the inner, inside which are connected to the respective outer and bottom electromagnets, and an outer and bottom DC current source A method for improving the uniformity of plasma ion concentration distribution in a vessel, comprising:
Sufficient to increase the plasma ion concentration near the periphery of the workpiece support surface relative to the plasma ion concentration at the center of the workpiece support surface from the bottom electromagnet and one of the inner and outer electromagnets. Generating a radial magnetic field having a magnetic field strength at the workpiece support surface;
Prior to processing the product workpiece, further comprising determining a solenoid magnetic field that produces a desired uniformity of plasma ion concentration radial distribution and determining a radial component of said solenoid magnetic field;
The step of generating the radial magnetic field comprises converting the radial magnetic field into the radial component of the solenoid magnetic field until the uniformity of the plasma ion concentration radial distribution reaches the desired uniformity generated by the solenoid magnetic field. Said method comprising increasing beyond intensity .
請求項12に記載の方法。 The axial magnetic field has a lower magnetic field strength at the workpiece support surface than the radial magnetic field;
The method of claim 12 .
プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部電磁石の対に印加されるDC電流対のセットを求めるステップと、
前記DC電流対のそれぞれについて、プラズマイオン濃度分布の不均一性を最小化する傾向がある、前記内側、外側および底部電磁石の他方に印加されるDC電流を求めて、前記内側、外側および底部電磁石に対応する3つのDC電流のセットを確立するステップと、
前記3つのDC電流の1つを前記内側、外側および底部電磁石に印加するステップであって、プラズマイオン濃度分布が、前記加工物支持表面で加工された半導体ウエハー上で測定されたエッチング速度の径方向分布から推定される、前記ステップと、
を備える、方法。 An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface; and an outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane above the workpiece support surface; in the plasma reactor having an external annular bottom electromagnets in the third plane underlying the workpiece support surface, a method of controlling plasma ion density distribution,
A step tends to minimize the non-uniformity of plasma ion density distribution, obtaining a set of inner, DC current vs. applied to a pair of outer and bottom electromagnets,
For each of said DC current to tend to minimize the non-uniformity of plasma ion density distribution, the inner, seeking DC current applied to the other of the outer and bottom electromagnets, said inner, outer and bottom establishing a set of three DC current corresponding to the electromagnets,
One of the inner side of the three DC current, comprising the steps of applying to the outer and bottom electromagnets, plasma ion density distribution, the workpiece diameter measured etch rate on the processed semiconductor wafers in which the support surface The step estimated from the directional distribution;
A method comprising:
プラズマイオン濃度分布の変化を、前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれ独立した1個に単独で印加されるDC電流の関数として決定するステップと、
前記内側、外側および底部電磁石に印加されるDC電流の異なる組み合わせについて、前記関数を前記未補正プラズマ分布に重ね合わせ、複数の試験的なプラズマイオン濃度分布を得るステップと、
高い均一性を有するプラズマイオン濃度分布の少なくとも1つを求めて前記試験的プラズマイオン濃度分布を探索し、それに対応する電流の最適なセットを決定するステップと、
前記電流の最適なセットを前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに印加するステップと、
を備え、
前記プラズマイオン濃度分布を決定するステップが、前記プラズマイオン濃度分布を前記加工物支持表面で加工された半導体ウエハー上で測定されたエッチング速度分布から推測することを備える、前記方法。 An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface; and an outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane above the workpiece support surface; in the plasma reactor having an external annular bottom electromagnets in the third plane underlying the workpiece support surface, a method of controlling plasma ion density distribution, uncorrected by said workpiece support surface Determining a plasma ion concentration distribution;
Determining a change in plasma ion density distribution as a function of the inner, independent DC current applied one to solely the outer and bottom electromagnets,
Said inner, different combinations of DC current applied to the outer and bottom electromagnets, said function superimposed on said uncorrected plasma distribution, and obtaining a plurality of pilot plasma ion density distribution,
Searching the experimental plasma ion concentration distribution for at least one of the plasma ion concentration distributions having high uniformity and determining an optimal set of currents corresponding thereto;
And applying the optimal set of current in each of said inner, outer and bottom electromagnets,
With
The method wherein the step of determining the plasma ion concentration distribution comprises inferring the plasma ion concentration distribution from an etch rate distribution measured on a semiconductor wafer processed on the workpiece support surface .
前記加工物支持表面の上にある第1の平面内の外部環状内側電磁石と;
前記加工物支持表面の上にある第2の平面内の、前記内側電磁石よりも大きな直径を有する外部環状外側電磁石と;
前記加工物支持表面の下にある第3の平面内の外部環状底部電磁石と;
前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれに印加されるDC電流を制御するプロセッサと;
前記プロセッサにアクセス可能なメモリであって、前記メモリが前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれ用のDC電流の値を記憶し、前記電流が、
前記加工物支持表面で未補正のプラズマイオン濃度分布を決定するステップ、
プラズマイオン濃度分布の変化を、前記内側、外側および底部電磁石のそれぞれ独立した1個に単独で印加されるDC電流の関数として決定するステップ、
前記内側、外側および底部電磁石に印加されるDC電流の異なる組み合わせについて、前記関数を前記未補正プラズマ分布に重ね合わせ、複数の試験的なプラズマイオン濃度分布を得るステップ、
高い均一性を有するプラズマイオン濃度分布の少なくとも1つを求めて前記試験的プラズマイオン濃度分布を探索し、それに対応する電流の最適なセットを決定するステップ、
を備えるプロセスにより決定される、前記メモリと;
を備え、
前記プラズマイオン濃度分布が、前記加工物支持表面で加工されたウエハー上で測定されたエッチング速度分布から推測される、前記プラズマ反応器。 A plasma reactor for processing a workpiece on a workpiece support surface in a reactor chamber comprising:
An outer annular inner electromagnet in a first plane overlying the workpiece support surface;
An outer annular outer electromagnet having a larger diameter than the inner electromagnet in a second plane overlying the workpiece support surface;
An external annular bottom electromagnets in the third plane underlying the workpiece support surface;
A processor for controlling a DC current applied to each of the inner, outer and bottom electromagnets;
A memory accessible to the processor, wherein the memory stores a value of a DC current for each of the inner, outer and bottom electromagnets;
Determining an uncorrected plasma ion concentration distribution at the workpiece support surface;
Determining a change in plasma ion density distribution as a function of the inner, independent DC current applied one to solely the outer and bottom electromagnets,
Said inner, different combinations of DC current applied to the outer and bottom electromagnets, said function superimposed on said uncorrected plasma distribution, to obtain a plurality of trial plasma ion density distribution,
Searching the experimental plasma ion concentration distribution for at least one of the plasma ion concentration distributions having high uniformity and determining an optimal set of currents corresponding thereto;
Said memory determined by a process comprising:
With
The plasma reactor wherein the plasma ion concentration distribution is inferred from an etch rate distribution measured on a wafer processed on the workpiece support surface .
VHFプラズマソースパワー発生器と、
前記VHFプラズマソースパワー発生器を前記オーバーヘッド電極に結合する固定チューニング素子と、
共振周波数を前記VHFプラズマソースパワー発生器の周波数またはその近傍に有する前記チャンバでプラズマとの共振を形成する前記電極と、
を更に備える、請求項1に記載のプラズマ反応器。 The ceiling comprises a capacitively coupled overhead electrode, and the plasma reactor comprises:
A VHF plasma source power generator;
A fixed tuning element coupling the VHF plasma source power generator to the overhead electrode;
The electrode forming resonance with the plasma in the chamber having a resonance frequency at or near the frequency of the VHF plasma source power generator;
The plasma reactor according to claim 1, further comprising:
The plasma reactor of claim 19 , wherein the fixed tuning element comprises a coaxial tuning stub having a stub resonance frequency at or near the resonance frequency.
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